位于尔湾的初创公司引领领域从空气中制造水 - 彭博社

奥马尔·雅吉是Atoco的创始人，也是加利福尼亚大学伯克利分校的化学教授，他开创了可以从空气中收集水的材料。

图片由Atoco提供

参与者在2022年12月的蒙特利尔COP15会议上，赞同《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》，这是联合国旨在扭转生物多样性丧失的协议。

摄影：新华社/盖蒂图片社

在南加州一个仓库的实验室里，科学家亨·苏展示了可能改变世界的解决方案，以应对全球水危机。这个小型手持物体看起来并不起眼，由堆叠的白色鳍片组成，类似于迷你老式公寓散热器。但当苏把设备放在秤上时，它在几秒钟内悄然增加重量。随着时间的推移，它变得越来越重。这是因为这个装置正在无形中从周围空气中收集水分子。

彭博社绿色如何资助生物多样性并打击“生物盗窃”哈里斯的副总统人选将农业问题从后备箱中提上日程强烈地震袭击日本西南部岛屿附近未来的电网需要能够承载更多电力的电缆几英尺外，四个水收集器坐在一个透明鸟屋形状的塑料外壳内。内部的温暖空气使H2O分子从收集器中脱落，冷凝器将水蒸气转化为液体，液体滴入烧杯。该技术称为金属有机框架（MOFs），不需要电力，仅靠环境阳光就能产生水。这是位于尔湾的初创公司Atoco对如何在日益干旱的世界中提供水的愿景。

这是一个实验室原型，旨在仅产生几毫升水，因为科学家们正在努力完善这项技术。该公司计划建造一个全规模的商业版本，能够为一个社区每天生产数千升超纯水。一个与住宅空调大小相当的设备可以为您的家提供水。

“您可以在世界任何地方、任何季节从空气中收集水，无论湿度水平如何，且没有碳足迹，”奥马尔·雅吉说，他在2021年创立了Atoco，并且是加州大学伯克利分校的化学教授，开创了金属有机框架（MOFs）。

根据2024年联合国的分析，全球一半人口面临水资源短缺，25%的人承受着极高的水资源压力。即使在像加利福尼亚这样富裕的地方，拥有世界第五大经济体，近一百万居民缺乏清洁饮用水，一份6月的报告发现。

与此同时，气候变化引发的热浪和干旱正在加剧全球水资源短缺，无论是富人还是穷人都未能幸免，更强烈和频繁的风暴可能会使水处理厂停运。

该公司设想建立一个全规模的商业版本，能够为一个社区每天生产数千升超纯水插图由Atoco提供但即使是最干燥的天空也含有水。美国地质调查局估计，大气中 含有12900立方公里的水，约占世界湖泊中水量的14%。金属有机框架（MOFs）提供了一种独特的方式来收集其中的一部分。

就像 《神秘博士》的塔迪斯，这种材料内部更大。一克MOFs的表面积可以达到一个足球场的大小。Atoco首席执行官Samer Taha说，想象一下，你拿一张纸尽可能地揉皱。它现在的大小是原来的一个小部分，但在褶皱中保留了相同的表面积。

这就是Atoco在分子层面上所做的，工程化纳米级晶体结构，内部充满了多孔腔体。它的MOFs由吸引特定分子的元素组成，例如H2O。

该公司开始在总部主实验室旁的小房间里制作MOFs。在那里，一种琥珀色液体在一个烧杯中沸腾，旁边是一个离心机，将其减少为细粉。这是化学家们创造有机“连接”分子的地方，这些分子连接金属分子并为MOF的晶体结构提供稳定性。无机分子形成腔体，作为从大气中吸引H2O分子的微观水箱。首先附着在腔体内部的水分子成为“种子”，其他分子则附着在其上。

金属有机框架（MOFs）主要由常见元素如碳、氮、氢、铜和铝组成。但塔伯表示，Atoco所需的一些特殊分子由于稀缺可能会很昂贵，其科学家正在努力在内部合成这些分子，以降低成本。在一个相邻的房间里，地板上放着几个桶。高级科学家雅各布·卡纳迪打开一个桶的盖子，里面装满了由相同纳米级晶体结构制成的白色粉末。当添加粘合剂时，粉末会固化，以便可以制成实验室水收集器的鳍片。

从大气中收集水的传统方法依赖于将空气冷却到水蒸气液化，这一过程消耗大量电力。在湿度低的环境中，这种方法也不有效。在干旱地区，另一种生产水的选择是海水淡化，这需要巨大的能量，影响海洋生物，并留下盐水废物。

金属有机框架（MOFs）绕过了这些障碍，现场生产纯净水，几乎不消耗电力。在雅吉看来，它们是一项变革性技术。“在人类历史上第一次，你可以在原子和分子层面修改材料，并可以精确设计它们以适合特定应用，”他说。

其他初创公司正在开发用于大气水收集的金属有机框架（MOFs）。不过，Atoco有一个优势：雅吉开发了这种材料，并在一个被称为网状化学的领域中不断完善它。“雅吉教授在过去十年中所取得的进展使我们在竞争中保持领先，”塔哈说。他拒绝透露Atoco何时将其技术推向市场，但指出“距离不远。”

Atoco及其竞争对手面临的挑战是开发具有成本效益的大规模生产MOFs的工艺，芝加哥大学的化学与分子工程教授Laura Gagliardi表示，她与Yaghi有过合作。Atoco拒绝评论其大规模生产MOFs的价格，但表示公司正在朝着每升水成本为1美分或更低的方向努力。

在2022年8月，Yaghi和加州大学伯克利分校的同事们在加利福尼亚州的死亡谷国家公园测试了一种手持水收集器的原型，这是地球上最热、最干燥的地方之一。图片由Atoco提供“我与这些人合作了足够长的时间，了解这项技术运作得非常好，并且已经在实际应用中得到了验证，”Gagliardi说。

在2022年8月，Yaghi和加州大学伯克利分校的同事们在加利福尼亚州的死亡谷国家公园测试了一种手持水收集器的原型，这是地球上最热、最干燥的地方之一。夜间，收集器从大气中吸附水分子。白天，随着阳光加热收集器，水分被释放，冷凝器随后将水蒸气液化。根据2023年科学家们在期刊Nature Water上发表的一篇论文，在地面温度达到60摄氏度（140华氏度）和平均湿度为14%的情况下，收集器每天产生4盎司（118毫升）到7盎司（207毫升）水。尽管这远远不足以满足一个人每天的需求，但它展示了这项技术的潜力。

从空气中提取水分可能会改变游戏规则，尤其是在那些日益干旱和贫困的地区，海水淡化不是一个选项，而传统的大气水收集由于湿度低而无效。传统的收集器还会收集空气污染物和水蒸气，这使得捕获的水需要额外的费用进行净化。另一方面，MOFs被设计成只捕捉H2O分子，过滤掉污染物，产生不含 纳米塑料、 PFAS化学物质和其他有毒物质的水。

“最初，我们将所有精力集中在解决水资源短缺问题上，并尝试在干旱条件下运作，这实际上是我们的竞争优势，因为我们可以在干燥条件下收集水，而其他人则无法做到，”塔哈说。

Atoco正在设计只需阳光即可运作的水收集器，或者可以由可再生能源供电。这将允许收集器在阳光不照射时运作，并利用风扇将更多分子引入MOFs，从而在过程中产生更多水。

美国军方通过建立一个 大气水提取项目来推动这些努力。2020年，国防高级研究计划局向通用电气公司授予了 1400万美元的拨款，以开发可以为部队提供水的MOF技术，通用电气公司邀请了雅吉和加利亚尔迪来顾问和参与该项目。

“通用电气现在交付给DARPA的电气化设备每天提供22升水，仅使用两公斤的MOFs，”Gagliardi说。“所以我认为这一切都非常有前景。”

在三月，GE Verona，通用电气能源业务的一个分支，宣布与初创公司Montana Technologies成立合资企业，名为AirJoule，以商业化该技术。AirJoule开发了一种MOF大气收集器，还通过蒸发冷却提供节能空调。AirJoule的一个创新是利用MOFs吸附H2O分子所产生的热量来提取它们以进行冷凝。一个专有的真空压缩机和冷凝器将水蒸气转化为液体。

Montana Technologies首席执行官Matt Jore表示，AirJoule的大气收集技术有两个巨大的潜在市场，一个是美国军方，目前必须将水运输到部署在偏远地区的部队，另一个是快速扩张的数据中心，消耗惊人的水和电力用于冷却，并且在干旱地区成为热点。

“数据中心因为水消耗而未获得许可，所以我们有一个巨大的机会，”他说。

乔尔表示，它使用的MOF的成本已从每公斤5000美元降至每公斤不到50美元。该公司已建立了机器的预生产模型，并打算在2025年开始为空调市场制造这些设备。

虽然AirJoule将特定行业视为潜在客户，但Atoco的塔哈则考虑得更大。他表示，市场是任何“想要拥有稳定、持续和纯净水源，并且不想依赖政府供水的人。”

当来自196个国家的谈判代表在10月聚集在哥伦比亚卡利的COP16时，寻找资金以填补每年2000亿美元的生物多样性保护和恢复资金缺口将是议程的重中之重。

到目前为止，提案的范围从富国捐款到影响基金或利用私人资本的债券，以及一个新的国际市场，所谓的生物多样性信用——可交易的代表受保护或恢复自然单位的工具（类似于碳信用）。