东南大学一项新研究表明，露水采集是一种可以负担得起的被动技术，可以在以前从未实现过的地方得到应用。
为全球人口提供清洁饮用水是21世纪的重大工程挑战之一。在一些国家，一半以上的人口无法获得干净的水。全球三分之一的人没有基本的卫生设施，很大原因在于水。
这是腹泻和总体健康状况不佳的一个重要原因。据估计，每天有5000多名儿童死于与腹泻有关的疾病。因此，找到生产洁净水的方法是一个重要目标。
问题是，对于贫困地区来说，大多数技术的成本都高得令人望而却步。传统的方法，如蒸馏、反渗透和废水回收耗能且昂贵。依赖太阳能的被动技术需要外来材料和太阳能集中器，它们体积庞大，价格昂贵。
但还有另一种技术有可能改变这种令人沮丧的局面：露水采集。这涉及冷却空气，使它所含的水蒸气凝结，以便收集。由于大气中储存了大量的水蒸气，这种被动技术在淡水收集方面将具有巨大的潜力。
这也引发了一些显而易见的问题。比如用这种方法能收获多少水呢？收集的最好方法是什么?
东南大学的研究人员首次计算了露珠采集技术的基本极限。然后，他们描述了对传统技术的简单改变如何能显著提高效用和产量。
背景知识。被动露珠收集器由一个“冷凝器”组成，这是一种薄而扁平的材料，它将热量辐射到夜空中（露珠收集器通常只在夜间工作）。冷凝器与地面绝缘，因此不能从下面吸收热量。
当冷凝器在夜间辐射能量时，它的温度会下降，直接冷却邻近的空气。如果空气的温度低于露点温度（空气被水蒸气饱和的温度），水蒸气就会凝结。
当然，这个过程的效率对很多因素都很敏感，特别是空气的环境温度、相对湿度和冷凝器散热的速度。
多年来，物理学家已经计算出，当冷凝器是一个完全辐射的黑体时，这种装置能产生多少水。但是，所有这些分析都忽略了一个明显的问题：它们没有恰当地解释真实材料散发热量的方式，也没有解释地球大气传输某些波长光的方式比其他方式更有效。
结果，这项技术的基本限制没有得到适当的阐明，这使得很难评估实验的性能，也很难确定这项技术是否适用于各种条件，特别是在相对干旱的地区。
所以东南大学的研究人员第一次把这些因素包括进来。这使得他们能够评估不同材料的性能。
方法很简单。使用地球大气中最常见波长频率的聚光镜比使用所有波长的聚光镜更有意义。研究人员称这种聚光器为选择性发射极，并将其与黑色发射极的性能进行了比较。
结果引人注目。研究人员表示，将聚光镜的发射率与大气的透射特性相匹配，可能会带来显著的改善。例如，在环境温度为20°C，相对湿度为40%的情况下，黑色发射器无论如何都无法收集水分。相比之下，选择性发射器可以以每平方米每小时13克的速度收集露水。
这是一个重要的发现。这就像是在塔克拉玛干沙漠这样的地方能够喝到露水和根本没有水之间的区别。
这是一项具有广泛应用潜力的有趣工作。在潮湿和干燥的地区收集露水都是有益的：前者包括岛屿和沿海城市，周围的海水不能饮用，而后者包括沙漠，缺乏任何形式的饮用水。
这种被动设计的低成本也很重要。这种被动的淡水收集技术将补充现有技术，尤其是在成本令人担忧的农村和低收入地区。
如果它能把清洁的饮用水带给那些目前还缺乏的人，那将是对人类的一个重大贡献。
参考文献：
arxiv.org/abs/1909.05757 : Fundamental Limits of the Dew-Harvesting Technology
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