WEC2P系統示意圖  圖片來源：Renyuan Li

沙特阿拉伯科學家利用一種獨特的水凝膠，發明了一個太陽能驅動的系統。該系統展示了在發電的同時，如何利用空氣中的水成功種植菠菜。

近日，在發表於細胞出版社旗下期刊《細胞報告—物理科學》的研究論文中，阿卜杜拉國王科技大學的研究人員通過概念驗證設計提供了一種可持續、低成本的策略，以改善生活在乾旱氣候地區人們的食物和水安全。

太陽能電池板連接到一個植物生長箱，其中有60顆菠菜種子。圖片來源：Renyuan Li

“世界仍有部分人口沒有獲得乾淨的水和綠色能源，其中很多人生活在農村和乾旱或半乾旱氣候地區。”論文通訊作者、阿卜杜拉國王科技大學環境科學與工程教授王鵬說，“我們設計的系統在產生清潔能源的同時從空氣中提取水，適用於沙漠和海洋島嶼等偏遠地區的分散、小規模農場。”

該系統是“一種自給自足、太陽能驅動的集成水、電、作物聯合生產系統”，被稱爲WEC2P。其由塗有水凝膠的太陽能電池板組成，水凝膠是一種柔軟的親水聚合物。王鵬團隊在之前的研究中開發了這種水凝膠，可以有效吸收周圍空氣中的水蒸氣，並在加熱時釋放出水分。

塗有水凝膠的太陽能電池板安裝在一個巨大的金屬盒子的頂部，金屬盒子收集空氣中的水蒸氣，並將其凝結成水，用於種植農作物。另外，水凝膠通過吸收熱量和降低電池板的溫度，將太陽能電池板的效率提高了9%。

去年6月，沙特阿拉伯的天氣非常炎熱，王鵬團隊利用WEC2P進行了爲期兩週的植物生長試驗。他們只用從空氣中收集的水來灌溉60顆種植在植物生長箱中的菠菜種子。

在試驗過程中，這塊與學生課桌桌面大小相似的太陽能電池板共產生了1519瓦特/小時的電力（幾乎足以爲一個白熾燈泡供電24小時），60顆菠菜種子中有57顆發芽，正常生長至18釐米。總的來說，在兩週時間裏，大約有2升水從水凝膠中冷凝出來。

“確保地球上每個人都能獲得清潔飲水和負擔得起的清潔能源，是聯合國可持續發展目標的一部分。我們的目標是創建一個清潔能源、水和糧食生產的綜合系統，特別是生產水的部分，使我們的設計有別於當前的農業光伏發電。”王鵬表示。

爲了將概念驗證設計轉化爲實際產品，該團隊計劃創造一種能更好的從空氣中吸收更多水分的水凝膠。此外，該系統的性能還需要進一步大幅提高，並降低成本，才能在經濟上具有吸引力。

相關論文信息：https：//doi.org/10.1016/j.xcrp.2022.100781

來源：中國科學報