WEC2P系統(tǒng)示意圖 圖片來(lái)源：Renyuan Li
近日，在發(fā)表于細(xì)胞出版社旗下期刊《細(xì)胞報(bào)告—物理科學(xué)》的研究論文中，阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)的研究人員通過(guò)概念驗(yàn)證設(shè)計(jì)提供了一種可持續(xù)、低成本的策略，以改善生活在干旱氣候地區(qū)人們的食物和水安全。
“世界仍有部分人口沒(méi)有獲得干凈的水和綠色能源，其中很多人生活在農(nóng)村和干旱或半干旱氣候地區(qū)?！闭撐耐ㄓ嵶髡?、阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程教授王鵬說(shuō)，“我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)在產(chǎn)生清潔能源的同時(shí)從空氣中提取水，適用于沙漠和海洋島嶼等偏遠(yuǎn)地區(qū)的分散、小規(guī)模農(nóng)場(chǎng)。”
該系統(tǒng)是“一種自給自足、太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的集成水、電、作物聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)”，被稱為WEC2P。其由涂有水凝膠的太陽(yáng)能電池板組成，水凝膠是一種柔軟的親水聚合物。王鵬團(tuán)隊(duì)在之前的研究中開(kāi)發(fā)了這種水凝膠，可以有效吸收周圍空氣中的水蒸氣，并在加熱時(shí)釋放出水分。
涂有水凝膠的太陽(yáng)能電池板安裝在一個(gè)巨大的金屬盒子的頂部，金屬盒子收集空氣中的水蒸氣，并將其凝結(jié)成水，用于種植農(nóng)作物。另外，水凝膠通過(guò)吸收熱量和降低電池板的溫度，將太陽(yáng)能電池板的效率提高了9%。
去年6月，沙特阿拉伯的天氣非常炎熱，王鵬團(tuán)隊(duì)利用WEC2P進(jìn)行了為期兩周的植物生長(zhǎng)試驗(yàn)。他們只用從空氣中收集的水來(lái)灌溉60顆種植在植物生長(zhǎng)箱中的菠菜種子。
在試驗(yàn)過(guò)程中，這塊與學(xué)生課桌桌面大小相似的太陽(yáng)能電池板共產(chǎn)生了1519瓦特/小時(shí)的電力（幾乎足以為一個(gè)白熾燈泡供電24小時(shí)），60顆菠菜種子中有57顆發(fā)芽，正常生長(zhǎng)至18厘米?？偟膩?lái)說(shuō)，在兩周時(shí)間里，大約有2升水從水凝膠中冷凝出來(lái)。
“確保地球上每個(gè)人都能獲得清潔飲水和負(fù)擔(dān)得起的清潔能源，是聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)的一部分。我們的目標(biāo)是創(chuàng)建一個(gè)清潔能源、水和糧食生產(chǎn)的綜合系統(tǒng)，特別是生產(chǎn)水的部分，使我們的設(shè)計(jì)有別于當(dāng)前的農(nóng)業(yè)光伏發(fā)電?！蓖貔i表示。
為了將概念驗(yàn)證設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)際產(chǎn)品，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃創(chuàng)造一種能更好的從空氣中吸收更多水分的水凝膠。此外，該系統(tǒng)的性能還需要進(jìn)一步大幅提高，并降低成本，才能在經(jīng)濟(jì)上具有吸引力。
相關(guān)論文信息：https：//doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.100781
來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)
