由 Simon 诺贝尔奖得主竟要从空气中“榨”水？他发明的神奇晶体能否终结全球水危机，赋予人类真正的“水自主权”？
奥马尔·亚吉：用“多孔晶体”从空气中“榨”水，或将科幻带入现实
奥马尔·亚吉认为，那些能捕捉水分的带孔隙晶体，或许能将科幻小说《沙丘》中的技术带到地球上的干旱地区。
奥马尔·亚吉曾是个安静的孩子，勤奋，不太可能与他九个兄弟姐妹打闹。因此，当他年纪足够大时，父母便将家中最重要的一项杂务交给了他：取水。和他在约旦安曼的巴勒斯坦社区里的大多数家庭一样，亚吉家没有电，也没有自来水。城市至少每两周会打开当地的水龙头几个小时，以便居民注满自家的储水罐。年幼的奥马尔帮忙补充家庭用水。几十年后，他说他从不记得自己迟到过一次。让父母、七个兄弟和两个姐妹干渴的恐惧让他始终守时。
亚吉的可靠赢得了父亲的信任，让他负责监控家中肉铺待宰牲畜的饮食。要获得最优质的肉块，牲畜必须喂养得当、水分充足——这在干旱的沙漠环境中是一大挑战。
然而，在10岁时，亚吉了解到了一种不同的职业。为了避开课间喧闹的人群，他发现学校图书馆的门没锁，便溜了进去。翻阅一本化学教科书时，他看到了一幅他不理解的图像：小球通过小棍连接成迷人的形状。分子。构成万物的基石。
“我不知道它们是什么，但它吸引了我的注意力，”亚吉说，“我一直在试图弄清楚它们可能是什么。”
就这样，他发现了化学——或者，也许是化学发现了他。来到美国，并最终进入哈佛大学进行博士后研究后，亚吉将职业生涯致力于为那些小球和小棍寻找创造全新迷人形状的方法。2025年10月，他因发现金属-有机框架而成为三位获得诺贝尔化学奖的科学家之一。MOFs是金属离子与有机分子连接形成的重复结构景观。如今，这项工作是听起来像科幻小说或奇迹的新项目的基础：从稀薄的空气中变出水来。
当他最初开始研究MOFs时，亚吉认为它们或许能吸收损害气候的二氧化碳，或者储存氢分子，解决这种气候友好但难以储存的燃料的棘手问题。但随后，在2014年，亚吉在加州大学伯克利分校的研究团队有了一个顿悟。可以设计MOFs中的微小孔隙，使这种材料能像海绵一样从周围空气中吸取水分子——然后，只需一点点热量，就能像挤干海绵一样释放出水。仅仅一克吸水性MOF的内部表面积就大约有7000平方米。
亚吉并非第一个尝试从大气中提取饮用水的人。但他的方法能在比竞争对手更低的湿度水平下做到这一点——这有可能撼动一个微小但新兴的行业，该行业在未来缺水的几十年里对人类至关重要。现在，他创立的公司Atoco正竞相展示两台机器，亚吉相信它们几乎可以在地球上任何地方生产清洁、新鲜的饮用水，甚至无需连接能源供应。
这是亚吉十多年来一直努力的目标，带着他在父亲肉铺做杂务时学到的坚定决心。
“正是在那个店里，我学会了如何完善事物，如何拥有职业道德，”他说，“我明白，一项工作只有做好才算完成。除非你能完成，否则不要开始。”
地球大部分被水覆盖，但只有3% 是淡水，不含盐——这是所有陆地生物需要的那种水。如今，在以色列和阿联酋等技术先进的沙漠国家，去除海水中盐分的海水淡化厂提供了大部分饮用水，但成本高昂。海水淡化设施要么加热水以蒸馏出可饮用的部分，要么用盐无法通过的膜进行过滤；这两种方法都需要大量能源，并留下浓缩盐水。通常，淡化泵会将这种盐水排回海洋，造成毁灭性的生态影响。
今年早些时候，我与Atoco的高管讨论二氧化碳捕获时，他们提到了从大气中收集水的可能性。当然，我的思绪立刻跳到了《星球大战》，想到了卢克·天行者在他家的湿气农场工作，使用“湿气蒸发器”从干旱星球塔图因的大气中提取水分。（其他科幻迷可能会想到《沙丘》和弗雷曼人的集水技术。）这可能成真吗？
事实证明，人类已经这样做了数千年。从雾中收集水的考古证据可以追溯到公元前5000年。古希腊人收集露水，500年前的印加人也这样做，他们在树下使用网状物和水桶。
如今，行业分析师表示，从空气中收集水已经是一个价值数十亿美元的产业——并且有望在未来五年内价值再增数十亿。部分原因是传统的淡水资源正陷入危机。更热的冬季山区降雪减少意味着春季融水减少，进而导致下游水量减少。干旱屡破纪录。海平面上升渗入地下含水层，而这些含水层已被农业和扩张的城市耗尽。老化的化粪池将细菌渗入水中，致癌的“永久化学品”正在造成美国审计总署去年所说的“可能是自铅污染以来最大的水问题”。这甚至还没提到微塑料带来的新兴灾难。
因此，许多地方正转向大气集水。致力于该技术的以色列公司Watergen最初计划部署在世界干旱、较贫困的地区。然而，欧洲和美国的买家却找上门来，将其作为确保清洁水供应的一种方式。Watergen最大的市场之一是富裕的阿拉伯联合酋长国。“当你说‘水危机’时，不仅仅是指缺水——还指获得优质水的途径，”Watergen营销副总裁安娜·切尔尼亚夫斯基说。
换句话说，德克萨斯大学奥斯汀分校的机械工程师顾华玉表示，该技术“已从实验室原型发展为强大的、可实地部署的系统”。“在整个系统层面，提高生产率和能源效率仍有空间，但进展一直稳定且令人鼓舞。”
MOFs只是这一理念的最新方法。第一代商业技术依赖于压缩机和制冷剂化学品——类似于你家厨房里保持食物冷藏保鲜的机器的大型版本。两者都使用电力和一堆管道及换热器，通过将化学品从气相变为液相再变回来制冷；冰箱试图限制冷凝，而水生成器基本上试图增强冷凝。
这就是Watergen技术的工作原理：使用压缩机和热交换器，在湿度低至20%（春季死亡谷的水平）的空气中挤出水来。“我们谈论的是沙漠，”切尔尼亚夫斯基说，“低于20%，你会流鼻血。”
但这可能仍然不够好。“当相对湿度高于某个水平时，制冷技术效果相当好，”研究大气集水的犹他大学机械工程师萨米尔·拉奥说，“随着环境变干，相对湿度降低，这就变得越来越难。在某些情况下，基于制冷的系统根本无法真正工作。”
因此，第二波技术找到了市场。像Source Global这样的公司使用干燥剂——从空气中吸收水分的物质，如维生素瓶中的硅胶包——来吸收水分，然后在加热时释放。理论上，基于干燥剂的技术的优点是它能在更低的湿度水平下吸收水分，并且前端能耗更低，因为它不运行冷凝系统。Source Global声称其离网、太阳能驱动的系统已在数十个国家部署。
但这两种技术仍然需要大量能源，要么用于运行热交换器，要么用于产生足够的热量以从干燥剂中释放水分。亚吉希望，MOFs不需要。现在Atoco正试图证明这一点。系统可以依靠专门设计的MOFs来吸引水分子，而不是使用热交换器将空气温度降至露点或用干燥剂从大气中吸水。Atoco的原型机使用一种看起来像婴儿爽身粉的MOF，附着在玻璃等表面上。MOF中的孔隙自然吸入水分子但保持开放，理论上只需直射阳光的热量就能轻松释放水分。Atoco的工业规模设计使用电力来加速这一过程，但公司正在开发第二种设计，可以完全离网运行，无需任何能量输入。
亚吉的Atoco并非唯一寻求使用MOFs集水的竞争者。竞争对手AirJoule已在德克萨斯州和阿联酋推出基于MOF的大气水生成器，并正与亚利桑那州立大学的研究人员合作，计划在未来几个月内部署更多设备。该公司最初试图为在炎热潮湿的城市街道上运行的电动巴士制造更高效的空调。但随后，创始人马特·乔尔听说了美国政府从空气中收集水的努力——于是转向了。这家初创公司的股价有些起伏不定，但乔尔表示，市场的庞大规模应该能让他继续经营。以马里科帕县（包括凤凰城及其周边地区）为例——它每天从其日益减少的含水层中抽取12亿加仑的水，另外从河流等地表水源抽取8.74亿加仑。
“所以，每天几十亿加仑，对吧？”乔尔告诉我，“你知道大气中每天有多少水流入吗？250亿加仑。”
我扬起眉毛。“全球范围？”
“仅大凤凰城地区，空气中每天流入的水量就约有250亿加仑，”他说，“如果你能加以利用，那就是你的水源。而且它不会消失。全世界都有。我们将大气视为世界的免费管道。”
除了AirJoule比Atoco起步更早，两家公司在获取MOFs的途径上也不同。AirJoule的系统依赖于从化工巨头巴斯夫购买的现成版本；Atoco则旨在利用亚吉设计新型材料的技能，为不同的应用和地点创造定制的MOFs。
“鉴于我们拥有整个材料类别的发明人，并且我们利用他伯克利实验室的成果——在其他条件相同的情况下，我们有一个良好的起点，或许能设计出世界上最好的材料，”Atoco业务发展副总裁马格努斯·巴赫说。
亚吉设想了一个双管齐下的产品线。一端是依靠电力运行的工业规模水生成器，每天能够生产数千升水；另一端则是依靠被动系统运行的装置，可以在没有电力的偏远地区运行，仅利用太阳能和环境温度。理论上，这些装置有一天可能取代海水淡化，甚至整个市政供水系统。下一轮实地测试计划于2026年初在地球上最热、最干燥的地方之一——莫哈韦沙漠进行。
“那是我的梦想，”亚吉说，“给人们水自主权，这样他们就不必依赖另一方来维持生命。”
亚吉和Watergen的切尔尼亚夫斯基都表示，他们正在研究可以在市政公用事业系统之外运行的更分散的版本。类似于屋顶太阳能电池板和电池的家用电器，可以让家庭在离网状态下自己生产水。
不过，如果没有规模经济来降低价格，这可能很棘手。“你必须生产、冷却、过滤——所有这些都在一个地方完成，”切尔尼亚夫斯基说，“所以把它做小是非常、非常具有挑战性的。”
尽管困难重重，亚吉的童年经历让他特别珍视离网的自由，将水这一基本必需品从决定人们何时以及如何获取它的系统的任意性中解放出来。
“这真的是我的梦想，”他说，“给人们自主权，水自主权，这样他们就不必依赖另一方来维持生计或生命。”
在我们其中一次谈话接近尾声时，我问亚吉，如果可以，他会对年轻时的自己说什么。“约旦是受水资源压力影响最严重的国家之一，”他说，“我会说，‘继续勤奋和善于观察。只要你充满热情，你追求什么并不重要。’”
我追问更具体的内容：“当你向他描述这项技术时，你认为他会说什么？”
亚吉笑了：“我想年轻的奥马尔会认为你在骗他，认为这一切都是虚构的，你想从他那里拿走什么。”换句话说，这个现实将超出年轻的奥马尔最狂野的梦想。
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延伸思考
1. 技术伦理与公平性：如果MOF大气集水技术成熟并商业化，如何确保这项“从空气中取水”的高科技不仅服务于富裕国家或地区，也能以可负担的方式惠及全球最干旱、最贫困的社区，避免加剧水资源获取的不平等？
2. 环境影响的新维度：大规模部署大气集水装置，理论上会从空气中提取巨量水蒸气。这是否可能对局部甚至区域的气候、湿度循环和降水模式产生意想不到的影响？在开发这种“开源”技术的同时，是否需要建立相应的全球性或区域性环境评估与监管框架？
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