以下文章經許可轉載自The Conversation，這是一個報道最新研究的線上出版物。
盧克·天行者不僅僅是一名農民。在1977年的原始《星球大戰》電影中，這位主角迫切希望離開他的家鄉塔圖因星球，他的家人在那裡使用稱為“蒸發器”的裝置從大氣中收集水分。在這個星球炎熱乾燥的沙漠景觀中，吸溼農業是一項重要的生存活動。
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但是，從空氣中提取水分以提供飲用水的原理在現實世界中可行嗎？我和研究人員正在致力於將這項技術從科幻小說變為現實。現在，一項新研究已經證明，即使在乾燥的沙漠條件下，一種裝置也可以僅利用太陽能工作。
如果您在炎熱潮溼的夏日坐在花園裡，手裡拿著一杯冰水，您會注意到玻璃杯外壁上形成水滴。《星球大戰》中塔圖因星球上的蒸發器可能就是利用類似的原理工作的。冷卻溫暖的空氣會產生冷凝，然後可以收集起來。雨實際上是同一原理的自然現象。當溫暖潮溼的空氣冷卻時，它會失去保持水分的能力，並以雨滴的形式發生降水。
空氣自然地攜帶水蒸氣，空氣越溫暖，相對溼度越高，它能攜帶的水蒸氣就越多。因此，從空氣中產生水的技術最適合溫暖潮溼的氣候。在 100% 溼度下，40℃ 的空氣每立方米含有約 51 毫升的水。對於 10℃ 的相同溼度，空氣僅含有 9.3 毫升。
如果我們把空氣從 40℃ 冷卻到 10℃，我們應該能夠提取出水的差值，即每立方米空氣 41.7 毫升。在這些條件下，使用當前技術，我們可以每小時生產 147 升水，使用的能量與 18 個家用電熱水壺大致相同。
在較低溼度下，例如在沙漠中，空氣中的水分較少，因此係統效率會降低。您必須冷卻更多的空氣才能提取相同數量的水，這需要更多的能量。這可能會使當前技術對於缺水最嚴重的國家來說過於昂貴。您需要的是一種更有效地捕獲水蒸氣的方法。
從空氣中取水的最簡單方法是使用被動技術，提供一個涼爽的表面，讓霧或水蒸氣凝結在其上。材料的選擇和表面質量對於最大化集水至關重要。例如，智利的農民使用鋼網來捕捉霧中的水。研究人員表明，透過新增一種特殊的塗層來吸引水分子，可以提高效率。
主動冷卻
然後是主動冷卻技術，例如類似於我們在空調系統和冰箱中使用的製冷迴圈。您還可以使用固態熱電冷卻，這涉及一種稱為珀爾帖效應的東西。
1834 年，法國物理學家讓-查爾斯-阿塔納斯·珀爾帖發現了一個有趣的現象。如果您在由銅線和鉍金屬線製成的電路中通電流，則當電流從銅流向鉍時，溫度會升高，而當電流從鉍流向銅時，溫度會下降。這意味著透過消耗電能，我們可以提供冷卻效果，而無需任何流體或移動部件。
但是，麻省理工學院 (MIT) 的科學家們現在已經展示了另一項可能更有效的技術，該技術使用稱為金屬有機框架的物質，由自然陽光碟機動。這項技術在《科學》雜誌上描述，使用金屬和有機分子的網路，可以輕鬆捕獲水蒸氣，然後使用從太陽捕獲的熱量釋放水蒸氣。
據報道，一公斤這種材料每天可以在相對溼度低至 20% 的情況下收集 2.8 升水，而無需任何其他外部電源。這使其成為在世界乾旱或沙漠地區收集水資源的一項特別有前景的技術。
另一種選擇是使用更簡單的冷卻技術，但降低其成本。我和我的團隊一直在開發一種利用舊冰箱和冰櫃以及其他回收部件（例如舊電腦風扇和手機充電器）的空氣取水系統。我們希望為發展中國家建立一個低成本系統，同時減少發達國家的浪費，特別是當使用太陽能電池板為系統供電時。
該領域未來的工作將包括使用特殊的表面塗層，以提供不粘表面，例如睡蓮的表面，以便水滴易於收集，從而建立更高效的系統，此外還有正在進行的金屬有機框架研究。另一個挑戰是空氣汙染。在世界某些地區，可能需要特殊的過濾和處理才能使收集的水安全飲用。
但這項技術發展迅速。誰知道呢，未來我們可能不必前往塔圖因星球就能看到《星球大戰》蒸發器的運作。
本文最初發表於The Conversation。閱讀原文。