在麻省理工學院的屋頂上測試了一種新型的兩級集水系統(中右)。該設備連接到一臺筆記本電腦進行數據採集，並朝向太陽，頂部有一塊黑色的太陽能收集板，由此產生的水流入底部的兩根管子。
麻省理工學院工程師們使他們的最初設計更加實用、高效和可擴展。
麻省理工學院和其他地方的研究人員已經顯著提高了一個系統的產量，這個系統可以利用太陽或其他來源的熱量直接從空氣中提取飲用水，即使在乾旱地區也是如此。
該系統建立在麻省理工學院同一團隊的成員三年前最初開發的設計基礎上，使該過程更接近於為缺水和電力有限的偏遠地區提供實用的水源。這些發現今天(2020年10月14日)發表在《Joule》雜誌上，由麻省理工學院機械工程系主任Evelyn Wang教授發表的一篇論文中描述。研究生阿麗娜·拉普丁;還有六名來自麻省理工學院，韓國和猶他州。
早期的設備證明了小王和她的同事們提供了一個概念驗證的系統,就是利用設備內的溫差讓一種吸附劑材料——收集液體表面畫在空氣中的水分第二天晚上和釋放它。當材料被陽光加熱時，被加熱的頂部和被遮蔽的底部之間的溫差使得水從吸附劑材料中釋放出來。然後水在收集板上凝結。
但這個裝置需要使用一種叫做金屬有機框架(MOFs)的特殊材料，這種材料價格昂貴且供應有限，而且該系統的水輸出量不足以滿足實際系統的需要。研究人員說，現在，通過採用第二階段的解吸和冷凝，並使用現成的吸附劑材料，該設備的產量已經顯著提高，其可擴展性也得到了極大的提高。
Wang說團隊覺得「有一個小的原型很好，但是我們怎樣才能把它變成一個更可擴展的形式呢?」「設計和材料方面的新進展現在已經導致了這一方向的進展。
新的設計使用一種叫做沸石的吸附劑材料，而不是MOFs，在這種情況下，沸石是由微孔鐵鋁磷酸酯組成。這種材料可廣泛使用，穩定性好，而且具有合適的吸附劑性能，僅根據典型的晝夜溫度波動和陽光加熱就能提供高效的產水系統。
拉普丁開發的兩階段設計巧妙地利用了水在變化階段時產生的熱量。盒子狀系統頂部的太陽能吸收板收集太陽的熱量，加熱沸石，釋放出該材料在夜間捕獲的水分。蒸汽在集熱器上凝結——這個過程也會釋放熱量。收集板是一塊銅片，直接在上面，並與第二沸石層接觸，在那裡冷凝熱被用來釋放蒸汽從下一層。從每一層收集到的水滴可以匯集到一個收集槽中。
在這個過程中，系統的整體生產力，就其每天每平方米太陽能收集面積(LMD)的潛在升來說，大約比早期版本翻了一番，儘管確切的比率取決於當地的溫度變化、太陽通量和溼度水平。王說，在大流行限制之前，新系統的最初原型在麻省理工學院的屋頂上進行了測試，該設備的出水速度比早期版本高出「數量級」。
王說，雖然類似的兩階段系統已經被用於其他應用，如海水淡化，但「我認為還沒有人真正追求這種方法」，將這種技術用於大氣水收集(AWH)。
現有的AWH方法包括霧收集和露水收集，但都有明顯的局限性。霧收穫僅適用於相對溼度100%,目前只在少數沿海沙漠,當露水收集需要能源密集型製冷提供冷表面的水分凝結,仍然需要至少50%的溼度,這取決於環境溫度。
相比之下，新系統可以在溼度低至20%的情況下工作，除了陽光或其他可用的低等級熱源外，不需要任何能源輸入。
拉普丁說，關鍵是這個兩階段的架構;現在，它的有效性已經被證明，人們可以尋找更好的吸附劑材料，可以進一步提高生產率。她說，目前每平方米每天約0.8升水的產量在某些應用中可能足夠，但如果通過進一步的微調和材料選擇可以提高這一產量，這可能會成為大規模的實際應用。王說，已經有一種材料正在開發中，這種材料的吸附力比這種特殊的沸石大5倍，並可能導致相應的水產量增加。
該小組繼續改進該設備的材料和設計，並使其適應特定應用，例如用於軍事野戰的可攜式版本。這種兩級系統也可以適用於其他類型的集水方法，這些方法每天使用多個熱循環，由不同的熱源提供熱量，而不是陽光，因此可以產生更高的日產出。