沙漠中也能水耕蔬菜！沙國新科技「水凝膠膜」轉化液態水

收集潔淨水資源的創新系統

世界上有部分人口無法享用乾淨的水資源或綠色能源，其中很多人生活在農村和乾旱、半乾旱氣候地區，沙烏地阿拉伯就是其中的一個例子。

不僅夏季氣候極度乾燥又極度炎熱，但是就在去年六月，距離吉達（Jeddah）這座港口城市北方約 50 英里處，有 57 顆種子被播種入土，並生長成將近 18 公分高的菠菜植株。灌溉這些蔬菜的水分捕捉自大氣，仰賴的則是阿布都拉國王科技大學（KAUST）科學團隊的研發成果，集潔淨能源、水資源、灌溉農耕於一身的創新系統。

這項研究成果也被刊登在《細胞報告物理科學》雜誌，適用於沙漠或海洋島嶼等偏遠地區的分散、小規模農場，期望能改善乾燥氣候地區居民的糧食和用水短缺問題。

大自然幫集水，為小農打造沙漠甘泉

等等，我們不是在討論阿拉伯沙漠嗎？久旱少雨的地理環境哪來的水氣？儘管聽起來有些違反常理，但該地區的相對濕度其實都可以維持在 40% 上下，到了夜晚則會升高至 80%。

這項試驗性灌溉系統，就是根據大自然的溼度變化設計，不僅具備可持續性，且成本相對低。對常年乾旱地區、偏遠山區的家戶及鄰里社區而言，都有潛力能滿足小量農業灌溉，甚至過濾後也能作為飲用水資源的需求，提供種植糧食、用水安全的解決方案。

在國王科技大學擔任環境科學與工程，同時身兼資深作家的王鵬（Peng Wang）教授表示：「我們的創新之處在於善加運用原本會被浪費的潔淨能源，從空氣中提取珍貴的水分，特別是在適用於去中央化的小型農場上。」

高效低成本淨水關鍵：水凝膠膜

這項試驗性系統名為「WEC2P」，總共包含三個主要元件：一個小型光伏太陽能板，下方依附著一層由水凝膠構成的複合型材料（它就像是一般繃帶裡，用來潤滑傷口的水凝膠高科技升級版）、氯化鈣（就是冬季用來為道路除冰所使用的鹽），以及一個用來當作冷凝室的金屬容器。

每天早上 WEC2P 系統內滿溢著水氣，等到太陽能板開始吸收太陽光與熱能，系統溫度便自然上升，使得水凝膠遇熱後以水蒸氣的形式釋出水分，可用以種植作物，或經過後處理再作為一般飲用水。

也就是說，這套系統是利用太陽能板發電過程中生成的廢熱，逼出水凝膠層所吸收的水分子。金屬盒的用途則是集結並貯存水氣，並將水蒸氣轉化、凝結為小水滴。

至於獨特的水凝膠層（hydrogel），它具有高光熱轉換效率的特性，能為運作中的太陽能板降溫約攝氏 10 度，有效降低熱損失、幫助提高約 9% 的發電效率，且凝膠層吸水後體積會脹大，鎖住小水滴、防止好不容易收集到的水分外溢。

WEC2P 所使用的水凝膠，是王教授與團隊研究的發明成果，它的外表看起來就像是一片果凍，緊緊附著在太陽能板背面，搭配氯化鈣強大的吸水功能，協助發電、灌溉系統能達成雙重功能，也就是以潔淨能源發電，收集大氣中的水分，再將之轉化為液態用水。

新型太陽能淨水技術的下一步？

經過為期兩週的實驗後，僅僅一張書桌大小的太陽能板，就成功製造出 1519 瓦特小時（Wh）的電力，且生成約兩公升的液態水，讓 57 顆菠菜種籽都獲得水滴滋養、順利發芽。

最棒的是，上述所使用的能源沒有一絲一毫是耗用到太陽能板的發電，也就是說，當未來這項工程技術擴大規模，所有的綠色電能資源都能直接回饋給電網；只有發電過程的剩餘熱能，才會被應用於農作灌溉。

至於 WEC2P 系統邁向商業規模化的關鍵下一步？

王鵬教授說，他們計畫改造現有的水凝膠層，藉以提高系統從大氣捕捉水分子的效能。