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每升3毛到4毛,比桶装水便宜。一台机器一天产200升,够400亩梭梭树喝一年。
今年秋天,内蒙古库布其沙漠腹地,一台长得像集装箱的机器即将开始商业运行。它不接自来水管,结合光伏板、逆变器和电池,太阳一出来就发电,电驱动设备从干燥的空气里“抓”水,水通过精准滴灌系统,一滴一滴送到梭梭树和沙柳的根部。
这台机器叫Vivewell 200,来自爱摩威尔科技。这项让空气变成水的技术背后,是上海交大团队十余年的基础研究,和一项拿了2025年诺贝尔化学奖的材料。
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诺奖材料让“喝西北风”成真了
空气制水不是新概念。原理也很简单:把空气冷却到露点以下,水蒸气凝成水珠,跟夏天可乐罐外壁“冒汗”是一个道理。
不过,这一招在沙漠里不管用。因为南方沿海城市的一立方米空气里可能有20克水,但到了内蒙古沙漠,一立方米只剩3-4克,露点温度太低,无法实现有效的液态水获取。
沙漠里“冻”不出水,那就换个办法“抓”水。爱摩威尔靠的是一种叫MOF(金属有机框架)的晶态多孔材料。这个材料像一块分子级海绵,可以先把空气里的水汽吸附住,吸饱之后再加热释放,释放出来的高浓度水蒸气再冷凝成水。
普通冷凝法是先降温再取水,吸附法是先“抓”再“放”。后者因为材料本身对水分子有极强的亲和力,即便空气相对湿度只有10%,依然能把水汽捕获。
MOF材料的来头不小。发明它的三位科学家拿下了去年的诺贝尔化学奖。评审委员会成员奥洛夫·拉姆斯特伦形容这种材料“几乎就像《哈利·波特》中赫敏的魔法手提包一样,内部空间远远大于外表所示,内部可以装下大量东西而外部并不显得沉重或鼓胀。”
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MOF材料
能“装”到什么程度?一克MOF材料的内部表面积可以达到7000平方米,相当于一个足球场,而它的体积只有弯曲的食指和拇指之间的空间那么大。
但材料厉害,不等于能直接扔进沙漠里干活。爱摩威尔CEO、上海交大机动学院助理研究员杜帅解释:“最难的其实是材料的结构化。”你不能把一罐MOF粉末直接塞进机器,得把它做成器件,比如以蜂窝状基材为载体,在通道表面负载MOF,让空气从孔道中穿过去。
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蜂窝状基材
空气经过时,水蒸气被通道表面的材料“吸干”,空气变干燥,材料变湿润。然后转轮转到另一侧加热,湿润的材料释放水蒸气,变成高温高湿的空气,再冷凝、出水。简单过滤就能灌溉农田,深度净化后就是干净的直饮水。
原理说起来简单,把想法变成一台能在沙漠里连续运转的机器,中间隔着十余年,光涉及的学科就有材料学、热力学、传热传质学、流体力学、自动控制和工业设计等。
杜帅说,这十余年里,团队试过不同的材料,也试过蜂窝负载、换热器负载、做成颗粒等不同的结构化方式,还探索过多种装置形态。直到今天,这些积累才终于收敛成一台能下地的产品。
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爱摩威尔CEO杜帅
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3毛钱一升水,比桶装水还便宜
技术上的突破容易让人兴奋,但真正决定一项创新能否普及的,还有成本。
爱摩威尔的空气制水,全生命周期成本为每升水3毛到4毛钱。一桶19升的桶装水,零售价大约在15到25元之间,折算下来每升0.8到1.3元。空气制水已经明显低于桶装水,而且还有下降空间。
在西北地区,这笔账还会更划算。当地光伏弃电上网电价可能只有2毛多到3毛钱一度,用弃电来驱动空气制水,边际成本几乎可以忽略不计。
而这套系统解决的不只有“水”的问题,还有“电”的问题。西北荒漠地区太阳能和风能资源极其丰富,但电网消纳能力有限,“发得出、上不了网”的弃电现象长期存在。把弃电就地用来驱动空气制水,相当于给沙漠里那些“白白浪费掉的阳光和风”找到了一个实打实的出口。
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MOF基转轮式吸附空气制水系统模型
杜帅想得很清楚,空气制水不是要取代自来水或海水淡化,它的定位是“补充”。它要填补的,是传统供水系统够不着的角落——干旱缺水地区、海上平台、边防哨所、海岛、科考站、矿区、灾区,以及像库布齐这样“有水却运不过来”的荒漠。
目前,空气制水主要用在四个场景:资源性缺水,这个地方没有水源;工程性缺水,有水源但没有上下水设施;水质性缺水,有水源有设施但水源受污染;还有淡水的战略储备和环保,减少包装水的使用。
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空气制水,不止一种卖法
空气制水并不是中国独有的赛道。诺贝尔奖得主亚吉本人就下场开了Atoco公司,做的就是空气制水,目标客户包括数据中心和干旱地区,目前正在推进商业化。
另一家AirJoule Technologies已与GE Vernova成立合资公司,在特拉华州工厂完成全尺寸AirJoule Prime系统的落地,标准工况下一天能产2000升水,行业预估设备零售价在10万到20万美元区间。
行业内还有BOOT模式,即“建设-拥有-运营-转让”,公司安装设备,自己维护,只向终端用户按用水量收费。印度Akvo公司用的就是这个模式,定价每升1.25卢比。
去年,爱摩威尔推出了两大系列产品,一是具有能量回收和变风量技术的制冷型系列Ocewell,服务高湿地区,覆盖家庭办公、户外离网到工程级供水;二是Vivewell系列,基于MOF吸附和热泵技术,专攻中低温低湿环境,面向内蒙古、新疆、甘肃等干旱地区。
今年10月,Vivewell 200机组会在库布齐荒漠植树现场投入运营,日产水200升,支撑约400亩植被。公司COO徐雅志介绍,他们把材料成本压到了原来的四分之一,设备体积缩到二分之一。在干旱地区的取水效率上,他们有信心做到行业领先。
更重要的是,他们打通了“低成本材料+绿电循环”的闭环,让整件事从一开始就带着可复制、可推广的基因。中东、北非的采购团今年扎堆来中国考察,带走的不只是一台机器,而是一整套能解决缺水难题的方案。
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文字 | 邱雨茜
编辑 | 邱雨茜
审核 | 梁应杰 陈欣文
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