空气中取水，沙漠里种菜

WEC2P系统示意图  图片来源：Renyuan Li

 太阳能电池板连接到一个植物生长箱，其中有60颗菠菜种子。图片来源：Renyuan Li

沙特阿拉伯科学家利用一种独特的水凝胶，发明了一个太阳能驱动的系统。该系统展示了在发电的同时，如何利用空气中的水成功种植菠菜。

近日，在发表于细胞出版社旗下期刊《细胞报告—物理科学》的研究论文中，阿卜杜拉国王科技大学的研究人员通过概念验证设计提供了一种可持续、低成本的策略，以改善生活在干旱气候地区人们的食物和水安全。

“世界仍有部分人口没有获得干净的水和绿色能源，其中很多人生活在农村和干旱或半干旱气候地区。”论文通讯作者、阿卜杜拉国王科技大学环境科学与工程教授王鹏说，“我们设计的系统在产生清洁能源的同时从空气中提取水，适用于沙漠和海洋岛屿等偏远地区的分散、小规模农场。”

该系统是“一种自给自足、太阳能驱动的集成水、电、作物联合生产系统”，被称为WEC2P。其由涂有水凝胶的太阳能电池板组成，水凝胶是一种柔软的亲水聚合物。王鹏团队在之前的研究中开发了这种水凝胶，可以有效吸收周围空气中的水蒸气，并在加热时释放出水分。

涂有水凝胶的太阳能电池板安装在一个巨大的金属盒子的顶部，金属盒子收集空气中的水蒸气，并将其凝结成水，用于种植农作物。另外，水凝胶通过吸收热量和降低电池板的温度，将太阳能电池板的效率提高了9%。

去年6月，沙特阿拉伯的天气非常炎热，王鹏团队利用WEC2P进行了为期两周的植物生长试验。他们只用从空气中收集的水来灌溉60颗种植在植物生长箱中的菠菜种子。

在试验过程中，这块与学生课桌桌面大小相似的太阳能电池板共产生了1519瓦特/小时的电力（几乎足以为一个白炽灯泡供电24小时），60颗菠菜种子中有57颗发芽，正常生长至18厘米。总的来说，在两周时间里，大约有2升水从水凝胶中冷凝出来。

“确保地球上每个人都能获得清洁饮水和负担得起的清洁能源，是联合国可持续发展目标的一部分。我们的目标是创建一个清洁能源、水和粮食生产的综合系统，特别是生产水的部分，使我们的设计有别于当前的农业光伏发电。”王鹏表示。

为了将概念验证设计转化为实际产品，该团队计划创造一种能更好的从空气中吸收更多水分的水凝胶。此外，该系统的性能还需要进一步大幅提高，并降低成本，才能在经济上具有吸引力。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.100781