饮用水

水危机是21世纪的重大挑战之一。根据世界经济论坛的数据，全球72%的人口面临水安全问题，其中8%的人处于严重不安全状态。 这意味着数百万人无法获得有保障的饮用水，影响到健康、食品供应和经济发展。在这种情况下，技术创新成为寻找可持续和可获得的解决方案的关键工具。 Water from Air设备 两位大学毕业生，Louisa Graupe和Julika Schwarz，设计了一种名为Water from Air的系统，能够从空气中每天生产六升饮用水。 该设备通过大气水生成（AWG）现象来凝结水。 使用透明PETG进行3D打印制造，机身采用PETG材料，盖子采用立体光刻（SLA）技术。 每天最多可进行12个凝结循环，每两小时获取500毫升水。 所生产的水量足以满足四口之家的需求，每人平均每天1.5升水用于饮用。 技术创新和模块化设计 该系统与其他大气水收集器的不同之处在于： 与现有的大型昂贵设备相比，它便携且经济实惠。 使用金属有机框架和多孔材料，这些材料像微观海绵一样吸引水分子。 具有模块化设计，便于清洁和维修。 3D打印允许快速原型制作和设计灵活性，降低成本和生产时间。 环境和社会影响 该发明旨在应对全球水危机，提供可持续和可获得的替代方案。 在没有饮用水的农村或弱势社区中可能是关键。 减少对污染水源的依赖，避免使用耗能系统。 促进循环经济模式，整合先进材料和高效流程。 有助于实现可持续发展目标（SDG），特别是SDG 6：清洁水和卫生设施。 限制和下一步 尽管原型充满希望，但仍有一些问题需要解决： 确定哪些非3D打印组件需要单独购买。 评估多孔材料在不同气候下保持稳定性能的能力。 扩大生产规模，使设备在大范围内可获得。 整合可再生能源，以增强其在高需求地区的功能。 Water from...

在一个没有河流和湖泊的国家，沙特阿拉伯开展了其历史上最雄心勃勃的工程之一：一个从海洋向沙漠中的城市和乡村输送饮用水的巨型地下河。 在烈日下，自然水资源稀缺，这条“人工河”成为国家水资源战略的支柱。 从红海到沙漠腹地 过程始于拉斯·莫海森，在那里，巨大的海水淡化厂通过反渗透过滤和净化每一滴水。水被净化后，通过地下管道输送数公里，经过泵站，最终到达从未直接接触过海洋的社区。 这不是一条自然河流，而是一条工程河流，它挑战干旱和极端高温，将生命带到曾经只有贫瘠土地的地方。该工厂将在2028年开始部分生产，并在2030年达到其全部产能。 长期水资源战略 沙特阿拉伯目前在17个战略点运营着31座海水淡化厂，拥有超过10,000名员工。此外，新工厂正在建设中，扩建计划的投资已超过240亿美元。 海水淡化水的生产使该国能够应对其历史性的水资源短缺，并满足家庭、农业和工业日益增长的需求。第一座工厂于1907年启用，标志着一项长期战略的开始，没有这项战略，该国不可能像现在这样繁荣。 中东的共同挑战 沙特阿拉伯并不孤单。在中东，这个地球上最干旱的地区之一，海水淡化已成为迫切需要。 极端气候、稀少降雨和贫瘠土壤与强大的经济形成对比，石油资源推动了大规模技术解决方案的投资。 全球趋势 如今，全球超过150个国家和地区使用海水淡化厂和设备来应对水资源短缺。从沙漠地区到资源有限的岛屿，技术证明可以逆转恶劣条件，确保获得饮用水。 沙特阿拉伯的“地下河”象征着工程和创新如何改变干旱地区的生活。它不仅是一项基础设施工程，更是对水资源可持续性的承诺，也是技术如何将沙漠变为宜居之地的例证。

在坦迪尔的Tarraubella社区，居民多年来一直生活在危机中，因为他们多年来没有饮用水。 平原地区的家庭每年夏天都面临同样的危机：不稳定的连接使他们的家在白天没有供水。 UNICEN的兽医学院的分析发现，超过80%的样本由于近期的粪便污染不适合饮用。 面对这一严峻局势，居民向市政府提交了可行性申请，以便省政府推进基础设施建设。 没有饮用水和连接不良的夏天 住在以塔命名的社区附近的家庭通过不稳定的连接获取水源。 “12户人家共用一根水管”，居民们向El Eco de Tandil讲述道。 连接到网络的水管“形成了一张蜘蛛网”，通常经过非常靠近化粪池的地方。 这种情况对等待解决方案多年的家庭构成了明显的卫生风险。 “现在没有水，直接没有。白天没有，必须在9点左右切断。晚上我们睡觉时才来水”，住在平原的Damián说道。到新年时，他们已经有一个半星期没有饮用水了。 在Tarraubella, Tandil获取供水的日常困境 居民们开发了生存策略来应对供水不足： 晚上留下桶和打开的水龙头收集水 装满桶来填满热水瓶以便洗澡 在冰箱里存放瓶装水以备使用 购买20升的桶装水用于饮用 煮沸水并添加漂白剂以净化 “我们装了两个桶来填满热水瓶以便洗澡。并把瓶子放在冰箱里”，住在这里超过十年的Mariana, Romina和Natalia补充道。 对服务的要求至少可以追溯到他们到达社区的时候。 “我们去过Del Valle的社会发展部，与那里的工作人员交谈，但没有得到回应”，居民们感叹道。 污染确认和卫生风险 兽医学院的研究结果明确：家庭使用的水不适合饮用。 “水经过很多地方，经过井，还有动物出没的地方”，居民指出。 兽医学院指出，问题的一部分是水管没有高于地面，许多有泄漏。 部分家庭在得知研究结果后开始购买桶装水。 “我们必须煮沸水，并给我们一些滴管”，居民们通过社区委员会参加了一次关于饮用水处理的讲座。 “例如，我购买桶装水，四到五个20升的桶。但为了做饭，我会煮沸水，每升加两滴漂白剂”，另一位社区居民说道。 向市政府的申请旨在获得技术可行性，以便省政府为家庭内部连接提供资金并资助扩展网络。 这些工程将包括在塔楼区域现有网络的扩展。 居民的担忧不仅在于饮用水的供应，还在于他们在夏天用来降温的水。 Tarraubella平原的景象显示孩子们在可能被污染且不适合饮用的水中玩耍。

Más de 22亿人在世界上缺乏安全饮用水的保障。这个问题不仅限于贫困地区：即使在拥有先进基础设施的国家，数百万人依赖于脆弱且易受干旱、污染或供应故障影响的系统。 面对河流、水库和含水层的枯竭，麻省理工学院的一组工程师决定将目光投向大气层，在那里存在着一个巨大的资源：水蒸气。 从空气中捕获水的面板 所开发的设备大小如同一个家用窗户，基于一个高吸水性水凝胶，置于一个带有外部涂层的玻璃腔中，以促进凝结。其外观类似于深色气泡塑料，每个圆顶最大化与空气的接触。 夜间，水凝胶吸收水蒸气并膨胀。 白天，环境热量释放出蒸汽，蒸汽在较冷的玻璃上凝结。 液态水靠重力下降，并被简单的管道收集。 不需要马达、泵或电力：仅通过材料和热量的自然动态运作。 极端条件下的测试 该系统在死亡谷安装了一周，这是大陆上最干旱的地方之一。尽管湿度低（接近21%）、极端温度和强烈辐射，该设备每天生产57至161.5毫升的饮用水。虽然这个数字看起来很小，但超过了许多现有的被动系统，并与需要外部能源的主动设计竞争。 关键在于可扩展性：多个面板并排，占用空间小并垂直放置，可以满足一个家庭的基本需求。 应对盐污染的创新 基于水凝胶的系统的历史问题之一是盐分的泄漏，如氯化锂，会污染收集的水。麻省理工学院通过在水凝胶中加入甘油解决了这一挑战： 稳定材料内的盐分。 防止其结晶。 大幅减少其泄漏。 水凝胶不含纳米孔，进一步限制了盐分的流出。 结果是水中的盐分远低于饮用水的限值，无需过滤或额外处理。 潜力和应用 该系统被设计为资源有限地区的可行解决方案，在这些地区安装太阳能板很困难，维护必须最小化。其可能的应用包括： 集成在干旱地区住宅中的面板。 极端干旱中的紧急系统。 难民营的基本供水。 减少瓶装水的运输。 作为当地水基础设施的补充。 研究的未来 团队计划优化材料、改善几何形状，并在不同气候中测试多面板配置。他们还探索使用超材料，能够放大有用的振动或提高抗性而不增加质量或材料消耗。 麻省理工学院的设备不是一个奇迹解决方案，但确实是一种不同思考获取水的方式：利用一个无处不在且迄今为止未充分利用的资源。空气无处不在，湿度也是。有时，最具变革性的解决方案并不来自大型基础设施，而是来自智能材料，设计良好并放置在最需要的地方。

太阳能正在经历深刻的变革。除了传统的太阳能板外，还出现了诸如双面板、太阳能窗户和光伏地板等创新。 然而，一项新技术正在引起全球关注：太阳能水面板，能够利用太阳能和空气-水技术直接从大气中生成饮用水。 什么是水面板及其工作原理？ 水面板结合了太阳能捕获与从空气中提取水蒸气的系统，将其凝结并矿化以提供干净、安全且口感良好的水。 这项技术由亚利桑那州立大学的教授Cody Friesen开发，如今由如Source Global这样的公司进行商业化，该公司得到了突破能源投资（比尔·盖茨）、贝莱德和杜克能源等投资者的支持。 “Source系统将阳光和空气转化为液态水，矿化后即可饮用”，公司解释道。 实际应用：从沙漠到大学 阿曼穆斯卡特国家科学与工程大学进行的一项研究评估了在其建筑中安装120个水面板。在一个半沙漠地区，使用塑料瓶是常态，该系统将允许： 每年节省48,000阿曼里亚尔的瓶装水消费 每年减少37,984千瓦时的生产和运输能源 避免每瓶装一升水需耗费3升水，在水资源匮乏的情况下这是不可持续的 拉丁美洲的先锋企业 在该地区，AWA Solar脱颖而出，这是一家智利公司，通过水面板生产100%可持续的瓶装水。 尽管其产品仍然具有高成本，但它为水源污染或不可靠的地区提供了一种可行的替代方案。 环境和社会效益 这些新型太阳能板的特点是： 减少一次性塑料的使用 降低对瓶装水的依赖 在干旱或偏远地区获得饮用水 通过混合技术高效利用自然资源 挑战与展望 尽管水面板仍需更多的测试、可扩展性和成本降低，其潜力巨大。它们可能成为对脆弱社区、农村学校、偏远地区医院和受气候变化影响地区的结构性解决方案。 太阳能不仅仅是发电：现在还可以生产清洁水，为能源转型和水资源正义开启了新篇章。 水面板展示了技术创新如何以可持续和可复制的解决方案回应紧迫需求。