位於爾灣的初創公司引領領域從空氣中製造水 - 彭博社

奧馬爾·雅吉是Atoco的創始人，也是加利福尼亞大學伯克利分校的化學教授，他開創了可以從空氣中收集水的材料。

圖片由Atoco提供

參與者在2022年12月的蒙特利爾COP15會議上，贊同《昆明-蒙特利爾全球生物多樣性框架》，這是聯合國旨在扭轉生物多樣性喪失的協議。

攝影：新華社/蓋蒂圖片社

在南加州一個倉庫的實驗室裏，科學家亨·蘇展示了可能改變世界的解決方案，以應對全球水危機。這個小型手持物體看起來並不起眼，由堆疊的白色鰭片組成，類似於迷你老式公寓散熱器。但當蘇把設備放在秤上時，它在幾秒鐘內悄然增加重量。隨着時間的推移，它變得越來越重。這是因為這個裝置正在無形中從周圍空氣中收集水分子。

彭博社綠色如何資助生物多樣性並打擊“生物盜竊”哈里斯的副總統人選將農業問題從後備箱中提上日程強烈地震襲擊日本西南部島嶼附近未來的電網需要能夠承載更多電力的電纜幾英尺外，四個水收集器坐在一個透明鳥屋形狀的塑料外殼內。內部的温暖空氣使H2O分子從收集器中脱落，冷凝器將水蒸氣轉化為液體，液體滴入燒杯。該技術稱為金屬有機框架（MOFs），不需要電力，僅靠環境陽光就能產生水。這是位於爾灣的初創公司Atoco對如何在日益乾旱的世界中提供水的願景。

這是一個實驗室原型，旨在僅產生幾毫升水，因為科學家們正在努力完善這項技術。該公司計劃建造一個全規模的商業版本，能夠為一個社區每天生產數千升超純水。一個與住宅空調大小相當的設備可以為您的家提供水。

“您可以在世界任何地方、任何季節從空氣中收集水，無論濕度水平如何，且沒有碳足跡，”奧馬爾·雅吉説，他在2021年創立了Atoco，並且是加州大學伯克利分校的化學教授，開創了金屬有機框架（MOFs）。

根據2024年聯合國的分析，全球一半人口面臨水資源短缺，25%的人承受着極高的水資源壓力。即使在像加利福尼亞這樣富裕的地方，擁有世界第五大經濟體，近一百萬居民缺乏清潔飲用水，一份6月的報告發現。

與此同時，氣候變化引發的熱浪和乾旱正在加劇全球水資源短缺，無論是富人還是窮人都未能倖免，更強烈和頻繁的風暴可能會使水處理廠停運。

該公司設想建立一個全規模的商業版本，能夠為一個社區每天生產數千升超純水插圖由Atoco提供但即使是最乾燥的天空也含有水。美國地質調查局估計，大氣中 含有12900立方公里的水，約佔世界湖泊中水量的14%。金屬有機框架（MOFs）提供了一種獨特的方式來收集其中的一部分。

就像 《神秘博士》的塔迪斯，這種材料內部更大。一克MOFs的表面積可以達到一個足球場的大小。Atoco首席執行官Samer Taha説，想象一下，你拿一張紙儘可能地揉皺。它現在的大小是原來的一個小部分，但在褶皺中保留了相同的表面積。

這就是Atoco在分子層面上所做的，工程化納米級晶體結構，內部充滿了多孔腔體。它的MOFs由吸引特定分子的元素組成，例如H2O。

該公司開始在總部主實驗室旁的小房間裏製作MOFs。在那裏，一種琥珀色液體在一個燒杯中沸騰，旁邊是一個離心機，將其減少為細粉。這是化學家們創造有機“連接”分子的地方，這些分子連接金屬分子併為MOF的晶體結構提供穩定性。無機分子形成腔體，作為從大氣中吸引H2O分子的微觀水箱。首先附着在腔體內部的水分子成為“種子”，其他分子則附着在其上。

金屬有機框架（MOFs）主要由常見元素如碳、氮、氫、銅和鋁組成。但塔伯表示，Atoco所需的一些特殊分子由於稀缺可能會很昂貴，其科學家正在努力在內部合成這些分子，以降低成本。在一個相鄰的房間裏，地板上放着幾個桶。高級科學家雅各布·卡納迪打開一個桶的蓋子，裏面裝滿了由相同納米級晶體結構製成的白色粉末。當添加粘合劑時，粉末會固化，以便可以製成實驗室水收集器的鰭片。

從大氣中收集水的傳統方法依賴於將空氣冷卻到水蒸氣液化，這一過程消耗大量電力。在濕度低的環境中，這種方法也不有效。在乾旱地區，另一種生產水的選擇是海水淡化，這需要巨大的能量，影響海洋生物，並留下鹽水廢物。

金屬有機框架（MOFs）繞過了這些障礙，現場生產純淨水，幾乎不消耗電力。在雅吉看來，它們是一項變革性技術。“在人類歷史上第一次，你可以在原子和分子層面修改材料，並可以精確設計它們以適合特定應用，”他説。

其他初創公司正在開發用於大氣水收集的金屬有機框架（MOFs）。不過，Atoco有一個優勢：雅吉開發了這種材料，並在一個被稱為網狀化學的領域中不斷完善它。“雅吉教授在過去十年中所取得的進展使我們在競爭中保持領先，”塔哈説。他拒絕透露Atoco何時將其技術推向市場，但指出“距離不遠。”

Atoco及其競爭對手面臨的挑戰是開發具有成本效益的大規模生產MOFs的工藝，芝加哥大學的化學與分子工程教授Laura Gagliardi表示，她與Yaghi有過合作。Atoco拒絕評論其大規模生產MOFs的價格，但表示公司正在朝着每升水成本為1美分或更低的方向努力。

在2022年8月，Yaghi和加州大學伯克利分校的同事們在加利福尼亞州的死亡谷國家公園測試了一種手持水收集器的原型，這是地球上最熱、最乾燥的地方之一。圖片由Atoco提供“我與這些人合作了足夠長的時間，瞭解這項技術運作得非常好，並且已經在實際應用中得到了驗證，”Gagliardi説。

在2022年8月，Yaghi和加州大學伯克利分校的同事們在加利福尼亞州的死亡谷國家公園測試了一種手持水收集器的原型，這是地球上最熱、最乾燥的地方之一。夜間，收集器從大氣中吸附水分子。白天，隨着陽光加熱收集器，水分被釋放，冷凝器隨後將水蒸氣液化。根據2023年科學家們在期刊Nature Water上發表的一篇論文，在地面温度達到60攝氏度（140華氏度）和平均濕度為14%的情況下，收集器每天產生4盎司（118毫升）到7盎司（207毫升）水。儘管這遠遠不足以滿足一個人每天的需求，但它展示了這項技術的潛力。

從空氣中提取水分可能會改變遊戲規則，尤其是在那些日益乾旱和貧困的地區，海水淡化不是一個選項，而傳統的大氣水收集由於濕度低而無效。傳統的收集器還會收集空氣污染物和水蒸氣，這使得捕獲的水需要額外的費用進行淨化。另一方面，MOFs被設計成只捕捉H2O分子，過濾掉污染物，產生不含 納米塑料、 PFAS化學物質和其他有毒物質的水。

“最初，我們將所有精力集中在解決水資源短缺問題上，並嘗試在乾旱條件下運作，這實際上是我們的競爭優勢，因為我們可以在乾燥條件下收集水，而其他人則無法做到，”塔哈説。

Atoco正在設計只需陽光即可運作的水收集器，或者可以由可再生能源供電。這將允許收集器在陽光不照射時運作，並利用風扇將更多分子引入MOFs，從而在過程中產生更多水。

美國軍方通過建立一個 大氣水提取項目來推動這些努力。2020年，國防高級研究計劃局向通用電氣公司授予了 1400萬美元的撥款，以開發可以為部隊提供水的MOF技術，通用電氣公司邀請了雅吉和加利亞爾迪來顧問和參與該項目。

“通用電氣現在交付給DARPA的電氣化設備每天提供22升水，僅使用兩公斤的MOFs，”Gagliardi説。“所以我認為這一切都非常有前景。”

在三月，GE Verona，通用電氣能源業務的一個分支，宣佈與初創公司Montana Technologies成立合資企業，名為AirJoule，以商業化該技術。AirJoule開發了一種MOF大氣收集器，還通過蒸發冷卻提供節能空調。AirJoule的一個創新是利用MOFs吸附H2O分子所產生的熱量來提取它們以進行冷凝。一個專有的真空壓縮機和冷凝器將水蒸氣轉化為液體。

Montana Technologies首席執行官Matt Jore表示，AirJoule的大氣收集技術有兩個巨大的潛在市場，一個是美國軍方，目前必須將水運輸到部署在偏遠地區的部隊，另一個是快速擴張的數據中心，消耗驚人的水和電力用於冷卻，並且在乾旱地區成為熱點。

“數據中心因為水消耗而未獲得許可，所以我們有一個巨大的機會，”他説。

喬爾表示，它使用的MOF的成本已從每公斤5000美元降至每公斤不到50美元。該公司已建立了機器的預生產模型，並打算在2025年開始為空調市場製造這些設備。

雖然AirJoule將特定行業視為潛在客户，但Atoco的塔哈則考慮得更大。他表示，市場是任何“想要擁有穩定、持續和純淨水源，並且不想依賴政府供水的人。”

當來自196個國家的談判代表在10月聚集在哥倫比亞卡利的COP16時，尋找資金以填補每年2000億美元的生物多樣性保護和恢復資金缺口將是議程的重中之重。

到目前為止，提案的範圍從富國捐款到影響基金或利用私人資本的債券，以及一個新的國際市場，所謂的生物多樣性信用——可交易的代表受保護或恢復自然單位的工具（類似於碳信用）。