印度初创企业Uravu研究从空气中提取水

Uravu cofounders Govinda Balaji [left] and Swapnil Shrivastav stand beside several of their absorber units.  EDD GENT

BENGALURU, India — 从稀薄的空气中抽取水的技术可以帮助解决世界上日益严重的缺水问题，但大多数解决方案都很昂贵，难以推广。印度初创企业Uravu Labs表示，其低成本模块化方法可以为更经济、可持续的大气水收集提供蓝图。该公司的网站称，从管道中流出的是“100%的可再生水”——可再生能源，利用大量几乎取之不尽用之不竭的资源，而且过程中不会产生废水。

Uravu正在对其迄今为止最大的装置进行最后的改良。该公司表示，该设备将于近日在其位于印度南部城市班加罗尔的总部上线，每天可收集多达1000升水。联合创始人Swapnil Shrivastav表示，到今年年底，该公司希望将其规模扩大到每天10000升。

Uravu并不是唯一一家致力于解决这一问题的公司，但其方法与大多数竞争对手不同。在这一领域工作的绝大多数公司都依赖于与空调机组类似的技术——将一个装满制冷剂的盘管用于冷却空气，直到空气中的水分凝结成液态水。

然而，Shrivastav说，这种方法需要大量的电力，使得这些装置运行起来很昂贵，而且不可持续，除非特别使用可再生能源。他说：“从第一天起，我们的目标不仅是可扩展和可再生，而且还是最实惠的。”

这导致Uravu提出了一种解决方案，该方案依靠称为干燥剂的亲水材料从空气中吸收水分，然后使用可再生能源加热空气以再次释放水分。该团队于2017年开始研究这一想法，并进入了Water Abundance XPrize的决赛 —— 这是XPrize组织的一项为期两年的竞赛，旨在促进大气集水技术的进步。

从那时起，Uravu筹集了450万美元，并彻底改造了其设计。最初，该公司正在开发一个直径约4米的独立装置，该装置将一种名为硅胶的固体干燥剂与太阳能热板结合在一起，太阳能热板利用太阳加热水，然后可以用来加热干燥剂。Shrivastav说，这可以每天生产大约10升水，但由于每个单元都需要风扇、阀门和泵等专用部件，因此该公司发现，当它试图扩大规模时，成本几乎没有降低。

这就是为什么Uravu现在转向了一种新的设计，将从空气中收集水的关键阶段分离开来。一个关键步骤是将硅胶换成液体干燥剂氯化钙溶液，该溶液在专用吸收器和解吸塔单元之间泵送。在吸收器单元中，干燥剂通过筛网喷洒，以增加表面面积，因为风扇将空气吸入其上。从空气中吸收水分后，干燥剂被泵送至单独的解吸塔单元，在那里，溶液通过充满热水的盘管加热至60至70°C。这使得空气变得非常潮湿，几乎就像蒸汽一样，然后进入低功率风冷冷凝器，将其转化为液态水。

Shrivastav说，将吸收器和解吸塔分离会产生显著的缩放效率，因为每个解吸塔可以为几个不太复杂的吸收器提供服务。每个吸收器单元每天能够收集多达200升的水。为了制造Uravu每天集水1000升的机器，该公司将把六个吸收器与一个解吸单元连接起来。新设计现在可以使用多种热源，包括太阳能热板、生物质燃烧器或工业余热。如果使用太阳能热能，该设计还包括一个热水箱，用作热电池，即使在太阳下山时也能运行。

Shrivastav表示，该公司的方法使用的功率比传统的冷凝系统少大约40%，以每天集水相同的数量。他补充道，冷凝系统的产量也会因当地湿度的不同而有很大的变化，而Uravu在干燥地区运行时，只需将更多的干燥剂装入吸收器即可达到相同的产量水平。

Uravu’s 1,000-liter-per-day atmospheric water generator combines a single desorber unit [foreground] with multiple absorber units [background].  EDD GENT

Uravu系统与之不匹配的一个领域是其物理足迹。Shrivastav表示，一个装在运输集装箱中的冷凝系统每天可以生产6000升，但在短期内，该公司还不大可能从如此规模的系统中获得超过2000升的水。虽然该系统可能不那么紧凑，但其低得多的运营成本意味着该公司已经可以以每升6美分的价格生产水，这比典型的冷凝系统低约40%。Shrivastav表示，Uravu预计在不久的将来，可将这一数字将降至3美分。

然而，澳大利亚悉尼大学物理化学教授Chiara Neto表示，这些大型集水装置的一个问题是，它们需要大量的前期投资。这可能会使许多面临缺水危险的贫困社区无法获得这些水资源。

尽管它可能比其他空气集水方法更便宜，但Uravu仍然无法与传统来源的水竞争，印度的水通常低于每公升1美分。Shrivastav表示，在其他用水更昂贵的地区，如中东和澳大利亚，这一数字或更为有利。但在离家较近的地方，该公司不得不探索一些新的商业模式，让人们支付额外费用来提高自己的环境信誉。

Uravu目前正在为班加罗尔的高档餐厅和连锁酒店提供可重复使用的玻璃瓶装可再生饮用水。Shrivastav表示，该公司的目标是与销售利润高于标准饮用水的优质矿泉水竞争。Uravu还在印度第三大酿酒厂Radico Khaitan安装了一个装置，该厂计划将其水用于高端烈酒作为营销策略。

Shirvastav还希望，非政府组织或政府组织可以根据其附带的利益，帮助补贴Uravu的一些装置的成本。由于不依赖天然水源，这些装置可以放在任何地方，这有助于解决妇女和儿童的社会成本，因为她们每天要长途跋涉才能取水。在地下水枯竭危机日益严重的印度，他们可以替代每生产一升饮用水就浪费4升水的反渗透装置。

不过，新加坡国立大学材料科学与工程助理教授Swee Ching Tan表示，最终，要使这种基于吸收的水收集变得广泛实用，需要在干燥剂技术方面取得某种突破。尽管他了解到Uravu可能使用氯化钙，因为其成本低且易于获得，但为了使该方法变得经济可行，需要能够容纳更多水并在较低温度下释放的干燥剂。“我们需要材料科学来制造更有效、更高效的材料，”Tan说。

Shrivastav表示，Uravu的设计对所使用的干燥剂是不可知的，只要它是可溶的，因此公司应该同样能够使用新干燥剂。但他指出，新材料通常需要8到12年才能实现商业化。因此，等待更好的干燥剂不是一个选择。最终，即使Uravu的成本限制了该技术的应用范围，它仍可能产生重大影响。“我们希望在未来五年内达到每天集水100万升左右，”他说，“这意味着节约了250多万升地下水和15至20吨二氧化碳。”