沙漠日采4.3升水！新型夹克从空气取水，性能提升最高达10倍！

在干旱地区或户外出行时，如何不依赖传统水源也能获得干净的饮用水？从空气中"取水"是否真的可行？

事实上，这一设想已经被科学家们一步步变为现实，而其背后的核心正是一类革命性的新型材料。屋顶装上太阳能板、车库里放一组储能电池，如今人们已经能够自己生产电力。

然而，有一样生活必需品始终无法在家里"制造"，那就是水。现在，一种新机器打破了这个限制，它能直接从空气中提取饮用水，哪怕空气干燥得会让人流鼻血。

它所使用的集水材料具有革命性意义，其发明者刚刚获得了诺贝尔奖。这项技术有望把水送到那些距海太远、无法依靠海水淡化的内陆地区，也能满足那些追求自给自足的社区和家庭的用水需求。

发明者奥马尔·亚吉在南加州创办了一家名为Atoco的公司，专门制造集装箱大小的大气取水装置。公司宣称，这类设备每天最多可生产4000升水，相当于一千多加仑。

其潜力巨大，用"海量"来形容也不为过。但疑问同样存在：它在最干燥的空气中真的能工作吗？产出的水真的能喝吗？

在成本上又能否与现有方案一较高下？地球大气中所含的水量超过全球所有河流水量总和的六倍。

当气温降得足够低时，水蒸气会凝结成液态水，以雨的形式落下，或以露水的形式聚集在地面。海洋不断蒸发水汽，使大气中的水蒸气得以持续更新。

相比地表可利用的淡水，这是取之不尽的资源。而在陆地上，淡水却十分稀缺。

在美国西南部、地中海沿岸、中东地区，甚至在一些湿润地区（例如小岛屿），淡水短缺都是现实难题。如今，越来越多社区依赖海水淡化来满足日益增长的用水需求。

但是，把咸水变成淡水需要消耗大量能源，而且必须靠近海洋或微咸水源。对于偏远的内陆地区而言，这显然难以奏效，普通人的后院就更不用说了。

正因如此，当听说有一种机器能够以不到除湿机三分之一的能耗从空气中取水时，确实值得深入了解其内部构造。这项技术的核心是一种纳米结构材料，正是凭借它，亚吉获得了2025年诺贝尔化学奖。

他在南加州创办的Atoco公司，已经把这种纳米结构粉末装入一个20英尺（约6米）的集装箱内，用来收集大气中的水。接通电源后，Atoco表示该设备每天最多可产出4立方米水，相当于19个雨水桶的容量。

离网版本的产水量是接电版的四分之一，其利用太阳能或低品位废热将水从粉末中重新释放出来。这种粉末由廉价且储量丰富的化学原料制成。

亚吉表示，它能够以每天一次的频率持续工作五到六年。而最令人意外的说法是：即便相对湿度低于20%，它仍然可以从空气中取水，而这正是死亡谷般干旱的级别。

那么，究竟如何在沙漠空气中制造饮用水？早在《星球大战》中，水汽蒸发器就能直接从空气中抽取水分。

既然如此，为什么不干脆在户外运行巨型除湿机呢？这类机器通过冷却空气使水蒸气凝结成液态水，而这需要消耗巨大的能量。

在干燥气候下，耗能更大。因为空气越干燥，就需要把它冷却到越低的温度才能析出水分。

露点，即空气中水蒸气凝结的温度，在干旱地区可能低至华氏个位数。为微量的水付出如此巨大的能量代价显然不划算。

亚吉发明的粉末可以用更少的能量完成同样的工作。它经过分子级设计，专门用于从空气中捕捉水蒸气。

它属于一类被称为MOF（金属有机框架）的材料。MOF是由金属离子通过有机碳基连接体连接而形成的三维扩展结构，这种结构不断重复延伸。

亚吉开创了这类晶体材料的研究，每一种晶体内部都布满了微小孔隙，水收集所用的MOF正是其中之一。晶体内部的孔隙赋予了MOF惊人的内表面积。

就像《神秘博士》里的塔迪斯一样，每一个晶体都展现出令人难以想象的"内部空间"设计。目前内表面积的纪录保持者叫DUT60，仅仅1克这种粉末就拥有7839平方米的表面积，相当于把一整块足球场的面积装进了一勺粉末之中。

晶体内部如此庞大的表面积，就像"分子的停车场"。而MOF的具体化学结构，决定了哪些分子可以进入、哪些会被拒之门外。

用于取水的MOF被称为MOF-303，由铝和一种有机连接体组成，为方便起见，可以把它简称为PZDC。

从分子层面上看，它的工作原理是：水蒸气先与有机连接体结合，随着越来越多的水分子聚集进入孔隙，MOF内部便形成了一张水分子网络，相当于把空气里的水"吸附"住了。改变金属与连接体的组合，就可以让MOF捕捉不同的分子和离子，包括锂离子。

有人可能还记得关于MOF的另一次采访，访谈对象是蒂格·伊根。他在德克萨斯州奥斯汀创办的EnergyX公司，正是利用一种"亲锂"MOF嵌入膜中，更高效地从卤水中提取锂。

MOF听起来固然美好，但MOF-303究竟能否从沙漠的干燥空气中真正收集到水？要把水再释放出来又需要多少能量？

从沙漠空气中取水的目标确实颇具野心。那么，MOF-303真的能从干燥到让人流鼻血的空气中取水吗？答案是肯定的。

亚吉的团队已经通过实地测试加以证明。他们在横跨加利福尼亚州和内华达州的死亡谷国家公园里架设了一台小型大气取水装置。

测试期间，气温最高达到61℃（约142℉），夜间最高平均湿度仅为26%。根据克利夫兰诊所的数据，这已经处于会导致鼻出血的干燥级别。

在最干燥的试验点火炉溪，夜间湿度平均只有14%，装置依然能够取水。而且，它完全依靠太阳能运行。

这台简易的取水装置是这样工作的：一个盒式结构内交替放置MOF粉末圆盘和镍泡沫圆盘，以保证气流顺畅通过。夜间湿度升高时，MOF会从沙漠空气中吸收水蒸气。

白天，阳光透过透明外壳加热盒式结构。随着热量累积，水蒸气被驱出粉末。然后在装置顶端的铝制散热片处，水蒸气重新凝结成液态水。

供气、热源、冷表面——用MOF从沙漠空气中榨取水分，所需要的只是这三样。关键在于MOF-303对水的亲和力足够强，即使在低湿度下也能从空气中吸附水分；但又不会"过于钟爱"水，使水不易释放出来。

相比之下，电子产品里常见的硅胶干燥剂则需要几个小时的高温烘烤才能脱水，而且干燥后仍有一股难闻的味道。亚吉表示，温度只要达到45℃（113℉）以上，就能开始将水从MOF中蒸发出来，再凝结成饮用水。

因此，完成一次取水循环所需的能量相对较少。Atoco的业务拓展副总裁马格纳斯·巴赫表示，公司研制的集装箱式并网机型，其能耗仅为目前最高效的冷凝式除湿技术的三分之一。

借助电加热、电制冷和电动风扇驱动空气，整套系统并不局限于一天只运行一次取水循环。系统运行得越频繁，循环速度越快，根据当地气候条件，每天可生产2000至4000升水。

当热源来自其他方式，例如地热或工业废热时，Atoco的系统每天可产出高达1000升水。所利用的是温度低于150℃（约300℉）的废热，这类热能通常由地热电站和数据中心等行业排放。

事实上，如今耗水严重且发热巨大的数据中心很可能成为Atoco的首批客户。这项技术最令人振奋的一点，是它带来了"水独立"的可能性。

对亚吉本人而言，这件事意义非凡。在诺贝尔奖颁奖致辞中，他谈到自己1970年代在约旦的巴勒斯坦难民社区中长大，当时自来水龙头每隔一两周才开放一次。

他回忆道："我记得邻里之间低声相传——'水来了'——于是我急忙跑去用所有能找到的容器把水装满，趁着水还没停。"亚吉设想，未来能够制造出足以供给一整个村庄的大型取水装置。

他估计，仅1吨MOF-303就能在5到6年里每天供应500升水。但人们真的会想喝这种水吗？MOF本身会不会混入所产出的水中？

针对另一种以锆为基础的MOF所做的测试显示，水中锆含量低于十亿分之一，并未检测到连接体分子，MOF结构看似完整稳定。亚吉表示，他的团队用MOF-303从沙漠空气中收集的水经过金属和有机污染物检测，结果显示纯净可用。

不过，城市或工业区的空气可能含有更多污染风险。模拟研究发现，MOF-303在理论上可能吸附空气中的二氧化硫污染物。

Atoco建议对收集到的水进行过滤和轻度净化。在约旦，一个研究团队通过让水依次通过活性炭、沙子和石灰石等多层材料，使收集到的水达到了国家饮用水标准，并补充了矿物质供饮用。

那么这种"瓶装水蒸气"的成本究竟是多少？Atoco自己的模拟显示，若在公用事业规模下采用废热制水，成本约为每立方米2.5美元，大约每加仑1美分。

这与中等规模海水淡化厂相当，但远高于市政级大规模海水淡化的成本。至于"并网"模式下制水的具体成本，目前尚无公开估算，但显然当地电价会是重要影响因素。

Atoco计划在2027年发货首批数百台取水装置。不过，它并非唯一一家竞相将MOF基取水装置推向市场的公司。

总部位于美国特拉华州的AirJoule Technologies推出了一款每天可产水2000升的装置，首批样机已经投入使用。2025年9月，该公司宣布一台全规模装置在德克萨斯州哈伯德投入运行，利用市政地热井的低品位废热制水。

2026年初，他们又在加利福尼亚州佩斯卡德罗一个名为Red Dot Ranch的气候友好型试点住宅项目中安装了一台机器。该公司还与"净零创新中心"合作，在丹麦的一家数据中心试点部署其取水装置。

日本久保田公司也计划将AirJoule取水装置整合进自家的水处理系统，其中一个水资源紧张的德州公寓和商业综合体将在今年晚些时候率先用上这类设备。

据《洛杉矶时报》报道，一台AirJoule取水装置的售价预计在10万到20万美元之间，这与英国公司Ahbstra推出的MOF基取水装置ARK的价格相近。ARK的零售价约为15万英镑，折合约20万美元。

Ahbstra计划在2027年安装首批取水装置，在气温约30℃（86℉）、湿度约30%的条件下，每天可产水最多500升。这一产水量明显低一些，Ahbstra估算其水价约为每升20便士。

折算下来大约为每立方米264美元，是Atoco所估公用事业级离网取水价格的约100倍。Ahbstra押注于规模化生产将推动价格下行，他们的目标是在五年内每年销售1000台以上。

公司预计成本会下降，"正如电动汽车、家用储能和光伏所经历的那样"。Ahbstra的首批客户将是西班牙巴利阿里群岛离网物业的开发商与业主，当地许多居民的水井要么受到污染，要么面临枯竭。

那么，MOF是否能像太阳能和储能电池降低电费那样，也帮家庭降低水费？大概还不行。

按照目前甚至近期可预见的价格，把这种设备装进自家后院还不是时候。此外，还需要观察这类机器能否稳定产出所宣称的水量，并能否持续运行多年。

但对于缺水社区或处于水资源危机中的地区而言，这项技术可能带来革命性影响，特别是当技术规模化带动价格下降之后。如果技术真能规模化扩展，或许还可以用来为沙漠中的数据中心提供冷却用水。

虽然目前的相关设想从物理学角度受到不少质疑。这项技术在美国本土也同样具有现实意义。

加利福尼亚、德克萨斯等缺水地区的住宅开发商正难以获得足够的水权来申请建筑许可。这也是久保田打算在德州公寓项目中部署AirJoule设备的原因之一。

如果这类机器能够证明在城市空气中既经济又可靠地运行，它们或许也能为缓解住房危机贡献一份力量。与大型取水装置并行推进的，还有可穿戴式空气取水技术的最新突破。

德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授团队联合合作者，研发出一种特殊面料的夹克，能从空气中直接收集饮用水，单次产水量达410至894毫升。

该夹克采用具备分级多孔结构的功能纤维，可在20%至80%的相对湿度范围内高效吸附水汽，再经由一个可拆卸的便携装置加热释放、冷凝收集。

与传统集水材料相比，其性能提升可达3到10倍，未来还有望集成到背包、帐篷和应急装备中，服务徒步者、救援人员和缺水地区居民。

该团队发表于《自然·水》的另一项研究则更进一步：他们开发出一款完全依靠太阳能驱动的便携式空气取水装置，在美国新墨西哥州奇瓦瓦沙漠（相对湿度约26%）的干热环境下，创造了每公斤吸湿材料日采4.3升水的新纪录，日均可收集约1.3升清洁水。

该装置的核心是一种由生物质衍生材料制成的新型水凝胶织物。大气约储水12,900万亿升，是尚未被充分开发的巨大水库。

对北非、中东、南亚及撒哈拉以南非洲等缺水地区而言，这类分散式供水方案或将真正解决居民的"大问题"。

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