沙漠缺水，空气里却藏着水：把它变成饮用水，难的究竟是哪一步？

在家里装上太阳能板和储能电池，已经可以自己发电，但水还没法在家里自己制造。现在有一种机器可以直接从空气中提取饮用水，即使空气干燥到会让人流鼻血也能做到。它用来集水的材料，让发明者获得了诺贝尔奖。

这项技术有望把水送到远离海岸、无法依靠海水淡化的内陆地区，也可以服务于追求用水自给的社区和家庭。

发明者奥马尔·亚吉（Omar Yaghi）在南加州的公司Atoco生产集装箱大小的空气取水设备，公司称每天最多可产水4000升。不过问题也很明显：它在最干燥的空气中是否真的有效？产出的水能不能喝？

成本能否胜过其他方案？

地球大气中的水量是全世界所有河流水量的六倍多。气温足够低时，水蒸气会凝结成液态水，以降雨或露水的形式回到地面。海洋不断蒸发，大气中的水蒸气也在持续补充，相比地面可用的水源，几乎取之不尽。

但地面上的淡水十分稀缺，美国西南部、地中海地区、中东，甚至一些湿润的小岛，都面临缺水问题。越来越多的社区依靠海水淡化满足用水需求，但把咸水变成淡水要消耗大量能源，而且必须靠近海洋或苦咸水水源，对偏远内陆地区和普通家庭帮助有限。

这项技术的核心是一种纳米结构材料，亚吉因此获得2025年诺贝尔化学奖。Atoco开发的设备装在20英尺（约6米）的集装箱内，利用这种纳米结构粉末收集空气中的水。接通电源后，公司称每天最多可产水4立方米；离网版本的产量为其四分之一，利用太阳能板或低品位余热把水从粉末中驱赶出来。

这种粉末由储量丰富且廉价的化学原料制成，亚吉称它可以每天产水一次，持续使用5到6年。最引人注意的说法是，即使相对湿度低于20%，也就是死亡谷那样干燥的空气，它也能取出水来。

那为什么不直接在户外运行大型除湿机？因为除湿机是通过冷却空气把水蒸气凝结成液态水，耗能很大，在干燥气候下耗能更多。露点是水蒸气从空气中凝结出来的温度，空气越干燥，露点越低，需要把空气冷却得越冷才能取到水。

在干燥地区，露点可能只有零下十几摄氏度，耗费大量能源却只能得到很少的水。而亚吉的粉末完成同样的工作，所需能耗要低得多。

这种粉末经过分子层面的设计，专门用来吸收空气中的水蒸气，属于一类叫作MOF（金属有机框架）的材料。MOF是由金属离子和有机连接体连接而成的三维结构，按固定图案不断重复延伸。亚吉开创了这一整类晶体，每种晶体内部都布满微小的孔隙，用于取水的MOF就是其中之一。

这些孔隙赋予MOF极大的内部表面积，目前内部表面积的纪录保持者是DUT-60，1克粉末的表面积达7839平方米，相当于把一个足球场装进一把勺子里。

晶体内部的巨大表面积就像分子的停车场，MOF的具体化学结构决定了哪些分子能进入、哪些被挡在外面。用于取水的是MOF-303，由铝和一种有机连接体（1H-吡唑-3,5-二羧酸，简称PzDC）构成。

在分子层面，水蒸气先与有机连接体结合，随着越来越多的水分子聚集到孔隙中，便在整个MOF中形成水网络。改变金属和连接体，还可以让MOF捕获不同的分子和离子，例如锂离子。

MOF-303在野外实测中确实能从极干燥的空气中取水。亚吉在加州大学伯克利分校的团队曾在横跨加利福尼亚州和内华达州的死亡谷国家公园安装了一台小型空气取水装置。测试期间最高气温达到61摄氏度，夜间平均湿度最高只有26%，按照克利夫兰诊所的说法，这已经是容易流鼻血的湿度。

在最干燥的测试点火炉溪（Furnace Creek），夜间平均湿度仅为14%，装置仍然产出了水，而且只使用太阳能。

这台简易取水装置的工作方式是：一个滤筒里，MOF粉末圆片与泡沫镍圆片交替叠放，以保证通风良好。夜间相对湿度上升时，MOF从沙漠空气中吸收水蒸气；白天，阳光加热透明外壳内的MOF滤筒，热量把水蒸气从粉末中驱出，随后在装置顶部的铝制散热器上凝结成水。

只需要空气、热源和冷表面，就能借助MOF从沙漠空气中取水。

关键在于，MOF-303对水的亲和力足以在低湿度下把水从空气中吸出来，但又不会强到不肯释放。相比之下，随电子产品附带的硅胶干燥剂需要在高温烤箱里烘烤数小时才能脱水。亚吉称，温度超过45摄氏度就足以让水从MOF中重新变成水蒸气，再凝结成饮用水，因此每个取水循环所需的能量相对较少。

Atoco业务发展副总裁称，公司接入电网的集装箱式设备，能耗只有目前最高效的冷却冷凝式除湿技术的三分之一。

使用电加热、电制冷和电风扇输送空气时，设备不再局限于每天一个取水循环，运行强度越大，循环越快，每天可根据当地气候产水2000到4000升。若热量来自地热或工业余热等其他来源，系统每天最多产水1000升，所用的是地热电站以及数据中心等行业通常产生的150摄氏度以下的余热。

耗水大、发热多的数据中心可能会成为Atoco的首批客户。

用水自主对亚吉来说有切身意义。他在诺贝尔奖获奖演讲中提到，自己20世纪70年代在约旦的巴勒斯坦难民社区长大，那里的水龙头每一两周才开放一次。他说：“我记得街坊间低声相传‘来水了’，我急忙去把能找到的每个容器都装满，赶在水停之前。”

亚吉设想建造足以供应整个村庄的取水设备，他估计仅1吨MOF-303就能在5到6年内每天提供500升水。

至于这种水能不能喝、MOF本身会不会混入水中：对另一种锆基MOF所收集的水进行检测，发现锆含量低于十亿分之一，且没有检出连接体分子，说明MOF似乎保持完好。亚吉称，团队用MOF-303从沙漠空气中收集的水经过金属和有机污染物检测，结果是纯净的。

不过，城市或工业区的空气可能带来更高的污染风险，一项模拟发现MOF-303理论上可以吸附空气污染物二氧化硫。Atoco建议对收集的水进行过滤和轻度净化。约旦的一个研究小组用活性炭、沙子和石灰石分层过滤取得的水，使其达到该国饮用水标准，同时也为水补充了矿物质。

成本方面，Atoco自己的模拟显示，在公用事业规模下利用余热产水，成本约为每立方米2.5美元（约每加仑1美分），与中等规模的海水淡化厂相当，但比市政规模的海水淡化贵得多。接入电网产水的成本估算尚未找到，但当地电价显然会产生影响。

Atoco计划在2027年交付首批数百台取水设备。

其他公司也在竞相推出基于MOF的取水设备。

总部位于美国特拉华州的AirJoule Technologies称其设备每天最多可产水2000升，首批设备已经投入运行：2025年9月，公司宣布在得克萨斯州哈伯德（Hubbard）建成一套全尺寸系统，利用市政地热井的低品位余热产水；2026年初，又在加州佩斯卡德罗（Pescadero）一个名为Red Dot Ranch的气候正效益试点住宅项目中安装了一台设备。

该公司还与Net Zero Innovation Hub合作，在丹麦一处数据中心试点取水设备。日本久保田公司计划将AirJoule取水设备整合进其水处理系统，得克萨斯州一个缺水的公寓及商业开发项目将是首批安装地点之一。

据《洛杉矶时报》报道，一台AirJoule取水设备的价格预计在10万到20万美元之间。

英国公司Abstra开发的MOF取水设备Arc价格也在这一区间，售价约15万英镑（约20万美元）。Abstra同样预计在2027年安装首批设备，在约30摄氏度、湿度30%的条件下，每天最多产水500升，产量低得多。

Abstra估计其水的成本约为每升20便士，约合每立方米264美元，大约是Atoco公用事业规模离网产水估算成本的100倍。Abstra押注随着产量提升价格会下降，目标是在5年内每年销售1000台以上，并预期成本会像电动车、家用电池和太阳能那样下降。

其首批客户将是西班牙巴利阿里群岛离网物业的开发商和业主，当地许多居民的水井受到污染或水位下降。

就目前乃至未来一段时间的价格而言，这类设备大概还无法像太阳能和电池降低电费那样降低家庭水费。这些机器能否达到宣称的产水量、能否多年稳定运行，也有待验证。但对于缺水社区或处于危机中的社区，这项技术可能带来根本性改变，尤其是如果价格能随规模扩大而下降。

如果技术实现规模化，或许可以为沙漠中的数据中心提供冷却用水，但目前相关提案在物理可行性上受到强烈质疑。

这在美国本土同样重要。加州、得克萨斯州等缺水地区的住宅开发商难以获得足够的水权来取得建筑许可，这也是久保田在得州公寓项目中安装空气取水设备的原因之一。如果此类机器能证明在城市空气中也能低成本、稳定地运行，或许还能帮助缓解住房危机。