用“空气”种菜

黄志明

说到沙特阿拉伯，想必许多同学对那里的气候和地理环境都有所了解。沙特阿拉伯的夏季炎热干燥，最高气温甚至可达50℃以上，而且降雨量很少，年平均降雨量不超过200 毫米，春季和夏季更少。就是这么一个地球上最不可能想象绿叶蔬菜能繁茂生长的地方，一颗“绿色”的种子正在悄然萌发……

空气中采水，沙漠里种菜

2022 年3 月，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的科学家发表了一项研究，展示了在沙漠地区如何利用太阳能电池板从空气中提取足够的水蒸气来浇灌种子，并在沙漠中种植蔬菜，几周后就能收获的整个过程。这项创造既解决了发电问题，又可用来提取饮用水，还能给当地供应蔬菜，可谓一举三得。那么，这套装置到底是怎么工作的呢？

这套装置是一种由太阳能驱动的集成水、电、作物联合生产的光伏系统。该系统由涂有水凝胶的太阳能电池板组成，这些涂有水凝胶的太阳能电池板被安装在一个巨大的金属盒子的顶部。放置在太阳下，这个盒子就可以收集空气中的水蒸气，并将其凝结成液态水，用于灌溉农作物。

另外，水凝胶通过吸收热量和降低电池板的温度，将太阳能电池板的发电效率提高了9%。沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学的科学家曾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，这块与课桌桌面大小相似的太阳能电池板共产生了1.5 千瓦·时的电量，使60 颗菠菜种子中的57 颗发芽正常生长至18 厘米。总的来说，在两周时间内，大约有2 升水从水凝胶中冷凝出来。

神奇的水凝胶

那么，装置中的水凝胶究竟为何物，竟然如此神奇？

原来，水凝胶是一种柔软的亲水聚合物，可以吸收空气中的水蒸气，加热时会释放出水。这种水凝胶用于太阳能电池板，可以捕获并利用水来冷却太阳能电池板，增加太阳能电池板的能量输出。而收集到的水蒸气也可以饮用或浇灌作物。随着水凝胶的应用，科學家发现发电量增加了近10%。不仅如此，种植作物的成活率也达到了95% ！

水凝胶被描述为“低成本”，因为水凝胶使用的材料便宜到每千克只要1 美元。更重要的是，这项技术解决了太阳能电池板一个鲜为人知的问题：它利用了太阳能电池板无法实际使用的太阳光能量。商用太阳能电池板通常只可以将所吸收的太阳光中的25% 转化为电能，而其余的要么以热量的形式损失，要么会加热电池板，这反过来又降低了太阳能电池板的效率。由于太阳能电池板的效率会随着温度升高而降低，因此在炎热的环境中，散热问题就会变得更加突出。

虽然水凝胶吸收了环境中的水蒸气，但正是太阳能电池板产生的过量热量将吸收的水赶出了水凝胶。在夏季和冬季，这种水凝胶可以从夜间闷热的空气中吸收水分，然后随着白天温度的上升而释放水分。

未来可期

如今，世界仍有部分人口无法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。世界卫生组织估计，全球至少有20 亿人缺乏安全饮用水，8 亿人无法用上电，7 亿人持续遭受饥荒。这一项全新的设计在产生清洁能源的同时，从空气中提取水，并适用于沙漠和海洋岛屿等偏远地区的分散、小规模农场。如果这一项创造能顺利应用并得到推广，那将会给人类带来极大的福音！