我们能从稀薄的空气中制造水吗?

由:乔什·克拉克詹妮弗Walker-Journey|
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2022年3月27日,在孟加拉国萨特希拉,一名女孩在干旱期间从池塘里取水后走进一片裂缝严重的土地。长期以来,水资源有限一直是许多国家的现实。Kazi Salahuddin Razu/NurPhoto/Getty Images

在发达国家正变得越来越重要。但对于其他欠发达国家来说,这个问题并不新鲜。几个世纪以来,许多人很难获得干净的饮用水,尤其是贫困国家的人。在一些地区,水可能是可用的,但通常是疾病肆虐的地方,喝了水可能是致命的。在其他地区,可行的水供应根本无法获得。

根据世界卫生组织新利国际网站品牌官网在世界范围内,有20多亿人生活在水资源紧张的国家,由于气候变化和人口增长,这一数字预计在一些地区还会增加。这让我们想知道:既然世界如此迫切地需要干净的水,为什么我们不能自己制造呢?

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水是由两个氢原子和一个氧原子结合而成的。这似乎是非常基本的化学反应,所以我们为什么不把它们打碎,解决世界的水问题呢?从理论上讲,这是可能的,但这也是一个极其危险的过程。

要产生水,氧原子和氢原子必须存在。把它们混在一起没用;仍然只剩下氢原子和氧原子。每个原子的电子轨道必须相互连接,要做到这一点,我们必须有突然爆发的能量来让这些害羞的东西连接起来。

由于氢气非常易燃,而氧气支持燃烧,所以产生这种力并不需要太多。我们所需要的只是一个火花——甚至不是火焰——然后砰!我们有水。氢原子和氧原子的电子轨道是连体的。

但是我们也有一个爆炸,如果我们的实验足够大的话,一个致命的爆炸。命运多舛的飞艇兴登堡它充满了氢气以保持漂浮。1937年5月6日,当它飞越大西洋准备着陆时,处于静止状态(或…的行为破坏(据一些人说)导致氢气火花。氢气与空气中的氧气混合后爆炸,将兴登堡号包围在一个火球中,在半分钟内完全摧毁了这艘船。

然而,这次爆炸也产生了18新利最新登入大量的水。

为了创造足够的饮用水来维持全球人口,将需要一个非常危险和难以置信的大规模过程。然而,在一个多世纪以前,内燃机——其可控制的反复爆炸——的想法似乎是危险的疯狂。但是随着水越来越少,氢原子与氧原子结合的过程可能会比现在更有吸引力。毕竟,需要是发明之母。

但有更安全的方法可以从稀薄的空气中制造水,相关项目已经在进行中。

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从稀薄空气中创造水

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每时每刻都有水蒸气从河流、湖泊和世界上的海洋上升到空气中。凯瑞姆·尤塞尔/法新社/盖蒂图片社

我们周围一直都有水,只是我们看不见而已。根据天气的不同,大气中含有不同数量的水蒸气。当天气又热又潮湿时,蒸发的水分可以构成我们呼吸空气的6%。在寒冷干燥的日子,它可以低至0.07%的空气的组成

这些空气是水循环的一部分地球的过程。粗略地说,水从河流、湖泊和海洋中蒸发出来。它被带到大气中,在那里它可以聚集成(这实际上只是水蒸气的积累)。当云达到饱和点后,水滴就会形成,这就是我们所知道的雨。雨水从土地上流下,聚集成水体,整个过程又开始了。

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问题是,水循环会经历干旱期。正因为如此,一些发明家开始怀疑,为什么要等待?为什么不直接把水蒸气从空气中吸出来呢?

有些人就是这么做的。下面就让我们来看看一些最新的从空气中创造水的技术。

阿卡

82岁的西班牙工程师恩里克·维加发明了一种饮用水萃取器这种方法用电来冷却空气,直到空气凝结成水。这和导致空调机组凝结的原因是一样的。

他不是第一个使用这项技术的人,但他的公司,阿卡它是首个能在104华氏度(40摄氏度)以上、湿度低至10%至15%的环境下工作的机器人。换句话说,他的机器可以在沙漠里制造水,而沙漠恰好是人们最需要水的地方。

在完善了这台机器之后,Aquaer被委托为纳米比亚地区和黎巴嫩的一个难民营提供饮用水。维加创立了一个名为水开始他的愿景是将他的制水机分发到更多的难民营和世界其他干旱地区。

Whisson的风车

澳大利亚发明家马克斯·卫森正在使用另一种方法。他的Whisson风车利用风能收集大气中的水分。2018年,他他告诉澳大利亚广播公司这些水蒸气在全球空气底部一公里(约0.62英里)的空气中约有10,000亿升(约26,000亿加仑)。作为水循环的一部分,所有这些水每隔几个小时就会被替换。

Whisson的风车使用制冷剂来冷却他的风车叶片,他将其命名为Max Water。这些叶片垂直放置而不是对角线,因此即使是最轻微的微风也会使它们旋转。叶片冷却空气,使水蒸气凝结,再次变成液态水。然后收集并储存冷凝物。Whisson的风车每天可以从空气中收集多达2600加仑(9842升)的水。

Whisson他最大的挑战不是发明背后的工程,而是找到支持发明的风险资本。

海啸产品的大气水发生器

海啸的产品这家总部位于华盛顿、总部位于加州的公司已经开发出一种制造水的装置,其工作原理类似于空调。它可以除湿空气,提取水蒸气,然后过滤,这样就可以饮用了。

据海啸产品公司介绍,该设备的工作原理是将空气“通过一系列冷凝线圈,在那里水蒸气被充分冷却,达到露点。”这将水蒸气转化为水滴。”转换后的水被过滤掉任何污染物,如病原体和花粉,并收集到一个蓄水池中,准备使用。

美国的机器

相对湿度越高,空气中可捕获的水分就越多。考虑到相对湿度接近100%时就会产生雾,你可能会认为研究人员会尝试从雾中提取水。你是对的。

美国的机器已经存在了而且,正如逻辑所示,在沿海和山区等多雾气候中效果最好。这些相对低成本的收集系统类似于排球网,有一个像纱窗一样的细网。当风吹过的时候,这些屏风可以捕捉水分。不幸的是,水滴会堵塞屏幕,阻止风通过,从而阻止设备收集水。

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由聚乙烯纤维布制成的雾网从空气中的水蒸气中捕获冷凝水,将其引导到下面的收集容器中。
维基共享资源(CC By SA 2.0)

为了改进这一设计,Jonathan Boreyko领导了自然启发流体和界面实验室在弗吉尼亚理工大学,他从大自然那里得到了启示。他研究了巨型红杉如何通18新利最新登入过与地面平行的针叶从雾中收集水分。当水聚集在针叶上时,它会向下滚动,滴到地面上,基本上是在浇灌树根。

基于这一见解,Boreyko的实验室设计了小型的,实验室规模的雾收集“竖琴”,带有水平收集线,模拟巨大的红杉针。这种方法从雾中收集的水比使用垂直电线的类似大小的系统多三倍。

可饮用的空气

目前有几家公司在销售从空气中提取水的机器,比如佛罗里达州的公司可饮用的空气.该公司使用“大气水发生器技术”将空气通过静电抑菌过滤器,以去除空气中的颗粒。冷凝装置接收干净潮湿的气流,并将水蒸气冷凝成液体。根据该公司的网站,当机器收集水时,水“落入一个收集水箱中,在那里它被臭氧化以保持水的纯净和新鲜”。在加入矿物质之前,机器会进一步冷却和过滤水,以提高pH值,改善口感。

Drupps

然后是Drupps它是湿度控制公司Airwatergreen的子公司。它使用了一种完全不同的水收集技术,依靠液体干燥剂来吸收空气中的水分。然后加热浆液,将水煮沸,冷却并收集。虽然性价比高,但也有一些缺点。与冷凝器式的水收集系统一样,德鲁普斯的技术是能源密集型的,因此对地球不太友好。

说到环境,为什么要费劲从空气中收集水呢?为什么不直接增加降雨呢?这听起来可能有些牵强,但实际上已经做到了——有时还会带来灾难性的后果。

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播云与英国灾难

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这架位于加利福尼亚州莫德斯托的特殊装备的播云飞机飞越内华达山脉山麓,向云层中注入碘化银,这样它们就能产生更多的降水。Michael Macor/旧金山纪事报/盖蒂图片社

事实证明,人类也可以成为造雨者,这要归功于一种名为“播云”的影响天气的技术。它涉及到人工添加凝结核(微小的悬浮颗粒,水蒸气在其上开始凝结)到大气中,为雪花或雨滴的形成提供了基础,并落到地球上。

云播可以通过地面发电机燃烧少量碘化银或通过飞机向空气中释放化学物质来实现。这项研究于2022年3月15日在加州中央谷完成萨克拉门托市政公用事业区(SMUD)增加积雪以及沿上美洲河流动的河流,以生产更多的水力发电。

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播云确实有好处,例如增加山区积雪和补充自然供水的可用性。但它也有更多可疑的用途,有时会带来负面结果。

为了在2008年北京夏季奥运会开幕式期间防止下雨,中国北京使用了云种散播它的工作原理是向风暴中发射碘化银在活动的前几天。中国政府希望基本上可以“耗尽”现有的云层,确保仪式期间的晴空。

几十年来,这个国家一直在这样做,并取得了积极的成果。但在欧亚大陆的另一侧进行的另一项播云实验就没那么顺利了。

二战期间当时,英国政府仍在想方设法在对抗敌军时占据优势。纳粹几乎摧毁了英国,而英国已经养成了准备的习惯。英国政府从天空中寻找优势。英国皇家空军(RAF)开始试验人工降雨。通过在云层中注入产生强烈雷暴所需的粒子,英国人可以有效地阻止军队的移动,甚至从雨中阻断敌人的前进。但人工增雨项目出了严重的问题。

第二次世界大战后,英国空军进行了秘密的云层播种试验。结果是灾难性的。"width=
第二次世界大战后,英国空军进行了秘密的云层播种试验。结果是灾难性的。
由赫尔顿档案馆/盖蒂图片社提供

这并不是说播云实验没有成功。效果太好了。

2001年,英国广播公司(英国广播公司)调查了英国皇家空军在英国上空播下乌云的谣言。他们找到了一些参与绝密任务“积云行动”(Operation Cumulus)的飞行员的第一人称描述。在1952年8月的这次行动中,英国皇家空军飞行员飞到云线上方,投下干冰、盐和碘化银(就像中国目前使用的一样)。

仅仅30分钟后,雨水就开始从受感染的云层中落下。起初,被媒体称为“造雨人”的英国皇家空军飞行员据说庆祝他们的成功。但不到一周,洪水就来了。到月底,英国北德文郡(North Devon)靠近人工降雨实验地点的地区,降雨量是正常水平的250倍。

1952年8月15日,那一天雨开始据估计,仅一天就有9000万吨(8200万公吨)的水流经Lynmouth镇。整棵树被连根拔起,形成了水坝,使得流经林茅斯的两条河流的潮水变得更加汹涌。巨石被水流冲走,摧毁了建筑物,并将居民带进了海里。当天,共有35名英国人在暴雨中丧生。英国国防部坚称,在林茅斯事件之前,他们没有进行过播云实验。

中英两国对同一件事有不同的看法。一方面,这个亚洲国家已经成功地创建了一个人工降雨项目。他们成功地从终极水源中为干旱的农田提供灌溉。但是英国的灾难显示了玩弄自然力量的潜在后果。18新利最新登入

然而,我们比以往任何时候都更需要水。目前,利用爆炸来生产水是不可行的,而目前的集水方法也没有达到足够大的规模,以满足日益增长的水需求。水是一种有限的资源,也是一种生命地球不能没有。

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最初发表于2007年11月2日

18新利最新登入如何制作水FAQ

有可能制造水吗?
从理论上讲,这是可能的。你需要将两摩尔的氢气和一摩尔的氧气结合起来才能把它们变成水。18新利最新登入但是,你需要活化能来把它们结合起来并开始反应。
18新利最新登入水在自然界中是如何形成的?
研究表明,地球上的水来自于太阳形成后不久的小行星和沉重的气体云和尘埃云。此外,地球大气中充满氧气,氧气与氘和氢结合形成水。
有能制造水的机器吗?
有一种机器可以从潮湿的空气中提取饮用水,叫做大气水发生器。

更多信息18luck手机登录

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更多优质链接

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  • CTCN。“雾收获。”(2022年4月2日)https://www.ctc-n.org/technologies/fog-harvesting
  • 百科全书又何妨。“凝结核”。(2022年4月2日)https://www.britannica.com/science/condensation-nucleus
  • Kinver,马克。水资源政策‘辜负了全世界的穷人’。”英国广播公司。二零零六年三月九日。http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/4787758.stm
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  • 维达尔,约翰和温斯坦,海伦。“英国皇家空军造雨人造成1952年洪水”。《卫报》。2001年8月30日。http://www.guardian.co.uk/silly/story/0,10821,544259,00.html
  • Waldman,希瑟。“周二,飞机在北加州上空进行了‘播云’。这就是它的含义,以及它在特定情况下如何发挥作用。18新利最新登入”KCRA。2022年3月16日(2022年4月2日)https://www.kcra.com/article/aircraft-cloud-seeding-norcal-how-it-ca18新利最新登入n-help/39441869
  • 世界卫生组织新利国际网站品牌官网。“饮用水”。2022年3月21日(2022年4月2日)https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/drinking-water
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