摘要：近日，麻省理工学院Bachir El Fil课题组成功开发出一种基于吸湿性水凝胶的太阳能驱动装置，可在全球最干旱的阿塔卡马沙漠中从空气中高效收集淡水。该技术通过物理模型优化设计，结合低成本材料，为极端干旱地区的水资源短缺问题提供了创新解决方案。相关论文以Sol
近日，麻省理工学院Bachir El Fil课题组成功开发出一种基于吸湿性水凝胶的太阳能驱动装置，可在全球最干旱的阿塔卡马沙漠中从空气中高效收集淡水。该技术通过物理模型优化设计，结合低成本材料，为极端干旱地区的水资源短缺问题提供了创新解决方案。相关论文以Solar-driven atmospheric water harvesting in the Atacama Desert through physics-based optimization of a hygroscopic hydrogel device为题，发表在Device期刊上，并被Nature杂志以“Atacama sunshine helps to pull water from thin air”为题，作为研究亮点报道。
研究团队采用聚丙烯酰胺-氯化锂（PAM-LiCl）水凝胶复合材料作为吸湿核心材料。该材料在夜间吸收空气中的水分，白天通过太阳能加热释放水蒸气，经冷凝后转化为液态水。通过建立热质传输模型，团队优化了装置的关键参数（如水凝胶厚度、蒸汽间隙等），使系统热效率提升至16%，最大日产水量达1.7升/平方米（L/m²/天）。
图 1.基于水凝胶的 SAWH 系统
图 2.水凝胶 SAWH 装置的热流体优化
1.城市环境：在美国麻省理工学院（MIT）屋顶测试中，装置在平均湿度50%、日均太阳辐照639 W/m²的条件下，实现了1.7 L/m²/天的产水量。
2.沙漠环境：在阿塔卡马沙漠（年均降雨量
图 3.SAWH 装置在城市环境中的实验结果
图 4.阿塔卡马沙漠的户外测试结果
低成本与可扩展性装置采用商业化材料（如硼硅玻璃、黑色喷涂铝板）和模块化设计，成本控制在50-150美元/平方米，具备大规模推广潜力。研究团队估算，若设备寿命达20年，其单位水成本可媲美城市自来水价格。
图 5.水质、系统的技术经济评估以及与当前已发布的无源 SAWH 设备设备的性能比较
水质检测显示，装置产水中的银、镁、铁等元素含量均低于美国环保署（EPA）饮用水标准，但锂和铝略有超标，推测与冷凝器表面污染有关。未来需改进材料处理工艺以确保安全性。
通讯作者之一、麻省理工学院的Chad T. Wilson指出，此项工作首次将系统级物理模型与水凝胶材料特性深度结合，突破了传统空气取水设备在低湿度环境中的性能瓶颈。该技术不仅适用于个人或社区级淡水供应，还可扩展至农业灌溉和应急救灾领域。
来源：高分子科学前沿一点号1