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印度模仿昆蟲開發新型空氣取水機 快速且成本低

印度理工學院馬德拉斯分校(簡稱IIT Madras)教授普拉迪普(T. Pradeep)正試圖複製黑金龜(Darkling Beetle)在沙漠中從稀薄空氣汲取水分的生理機制,為人類開發出一種集水設備,以解決全球水資源缺乏的問題。      
      
化學家普拉迪普的專長在開發及探測奈米結構或奈米表面,他曾製造出一種可以集結水滴的表面,當他聽說XPrize基金會要徵選一種可從大氣集水的裝置時,他正好在進行相關研究。IIT Madras當時組了一支30人的團隊,由普拉迪普領軍,他們利用兩年時間,研發出在一天當中可自大氣層收集2000公升水的裝置。XPrize競賽結果在2016年11月揭曉,該團隊研歸納出的參數是當時最具參考價值的設計。      
      
大氣層裡的水分足夠供人類使用,即便是乾燥空氣中也有水分,這些水分在夜晚凝結在葉片上,植物和昆蟲仰賴這些水分存活。大自然就是有這種巧妙機制,以草為例,葉尖溫度比葉面其他部分低,是故水珠在葉尖凝結。昆蟲體表也有微小的突起物,這些突起物也是水珠凝結的地方,水珠流下被昆蟲吸收。這些天然的機制既巧妙又有效率,惟形成速度太慢,因此工程師們試圖以各種方法,例如冷表面奈米技術或水溶性溶劑等解決速度上的問題。      
      
XPrize規定,優勝者只能用再生能源生產2000公升的水,而且每公升成本不能超過兩塊美金(約1.4盧比)。全球市場上有不少集水設備,但沒有一種符合這種功效及成本標準。XPrize全球開發部門執行長塔他(Zenia Tata)指出,「用兩塊美金生產一公升的水是個大膽嘗試。」全球很多公司都生產並銷售大氣集水器,孟買的WaterMaker也在2004年推出第一款產品。      
      
WaterMaker的生產技術來自美國,過去產品主要銷往中東,後來在安德拉邦設置該公司第一間工廠。去年,擴廠至古吉拉特邦的岡地納加(Gandhinagar),日產量2400公升。該公司最小的產品約1.2公尺高,日產量120公升。在過去幾年,多家新創公司加入WaterMaker,其中一家叫電水科技(Electrowater Technologies),它是印度理工學院德里分校校友阿許塔納(Amit Asthana)和一個夥伴在孟買創立的,他們開發出原型,後來更量產。WaterMaker及電水科技合作生產的水有兩種成本,一種每公升2盧比,另一種8盧比,兩者間的價差受濕度及電價影響,但都超過XPrize所設上限。      
      
用1.4盧比產生一公升水,同時降低原料價格,其難度高,需要眾多領域的工程人員發揮專長。IIT Madras團隊除普拉迪普外,還有另外兩位專家,一位是材料學教授湯瑪斯(T.G. Thomas),另一位是應用力學教授巴布拉吉(A. P. Baburaj),再加上來自其他系所的學生。普拉迪普表示,「這種裝置所需的工程技術之多是一大挑戰。」      
      
電水科技公司握有用溶劑和利用薄膜從溶劑析出水的技術,此技術已有三項專利,世界上不少企業和機構都在使用這項技術,包括瑞士的非營利基金會Sanakvo,該基金會利用一種液體吸附水分,再將此液體加熱後釋出水分。Sanakvo的裝置可以在晚上用溶劑收集水,再於白天利用太陽能將水分釋出。該裝置不需要電,而且每一平方公尺大小的裝置每天可產水五公升。該基金會董事暨創辦人之一的樂基(Jan-Marc Lehky)表示,「我們的技術可大規模應用。」      
      
在另一方面,普拉迪普的團隊則不用溶劑,而是仿效大自然的生物特性。普拉迪普的一個學生作出了一個玻璃吹管,它可以吹出一種可供水分凝結的銀質草地。此團隊最近在期刊《先進原料》(Advanced Materials)中發表了研究結果,並已著手開發外觀像冰箱、可藉由空氣集水的裝置,XPrize比賽已加速技術開發速度。       

更新日期 : 2017/02/20