中国台湾目前面临数十年来最严重的干旱危机，不过缺水的可不只有我们。此时此刻，全球共有十四亿人口无法享有稳定的干净水源，也就是说每五个人之中就有一个人不时需要为用水所苦。这个比例在未来预计仍会持续增加。
虽说地球表面上有 70% 被水覆盖，不过其中只有不到 3% 是淡水，其余都需要经过一番功夫来取得或净化，才能被进一步利用。再加上气候变迁，人口成长等因素，使得原本珍贵的水资源更加稀少。在联合国 2015 年公布的永续发展目标中，第六项便是「确保所有人都能享有水及卫生及其永续管理」。
因此，净水技术的发展与优化，便成为重要的课题。部分地区的人民无法享受公共自来水的服务，也没有钱或能源进行逆渗透等传统净水方法；他们需要的是轻便便宜的净水装置。
「光热材料」面对热能散失的瓶颈其中一个解法是 日光蒸发 ：利用阳光将水蒸发净化。不过稍微想一下：即便是在最刺眼的阳光下，要将一小盆水蒸干可能还是得花上一整天。因此只靠太阳辐射的「热能」是不够的，需要额外 将太阳的「光能」转为热 。执行这个任务的物质被称为 「光热材料」 。
水在沸点才会「沸腾」，但在任何温度都能「蒸发」。而且水在蒸发时会带走非常多的热能，让 1g 水蒸发所需的热能比水从 0°C 加热至 100°C 还要更多。wikimedia
如果将一片透气的光热材料放在水上，的确可以增加水接触热源的表面积，并蒐集到更多水气，加快净水效能。然而在这个过程中，许多热能都散失到周遭空气以及下方水体中。水的比热又特别大，这么做等于是将辛苦收集来的太阳能全部丢进水沟。因此，以往的光热蒸馏法往往无法提供足够的蒸发量，也不能解决实际的用水需求。
真心不骗，新蒸发器能源效率 100%！由于传统光热蒸发器的效率低落，南澳州大学未来产业学院的徐浩兰（Haolan Xu）教授开发出了新一代的 3D 光热蒸发器。这款发明标榜：「能源效率 100%」。这可不是什么内容农场的标题。特殊的 3D 设计让它 不只能完整运用所有太阳能，还能从外界环境偷取更多能量！
这种蒸发器长得并不起眼，像一大块黑色的菜瓜布。这是因为黑色的光热材料被制成了喷雾，喷在弹簧支撑的棉布纤维上。蒸发器的顶端负责吸收太阳能，转换成热能；同时，水分被吸收到纤维中，并在加热之下从蒸发器的表面蒸发。
3D 太阳能蒸发器示意图。参考文献 2以上原理跟以往的光热蒸发器没什么不同，这次发明的真正突破其实是 直立于水上的立体结构 ，在新型设计中， 立体结构拥有较大的侧面面积，这些表面相对不会接收到那么多阳光，却能够持续蒸发，排出热能和水气。 由于水蒸发的过程会带走相当可观的热量（所以雨后的空气总是格外凉爽）， 这让蒸发器不会一直升温，而是会在「太阳加热」和「蒸发散热」两者之间取得平衡。
也就是说， 借由增加水蒸发表面积，来增加水蒸发量，以提升水蒸发所需要的热。由于水蒸发所需要的热变多，但蒸发器从太阳吸收的热并没有变多，因此蒸发所需的热只能从原本造成蒸发器温度上升的热来获取 ！
而当蒸发所需要的热，与蒸发器从太阳吸收的热相等时，这时蒸发器的温度就不会改变，而所有从太阳吸收的热，就会全部用于水蒸发上，这就是前面提到 100% 能源效率。
蒸发器的立体结构设计增加了冷蒸发表面的面积，使得材料表面温度低于环境水温气温，得以逆转先前蒸发器的热能散失至环境中的问题，让热能得以从环境反向流向蒸发器系统。参考文献 3当蒸发吸收的热，大于阳光提供蒸发器时，这时蒸发器的温度反而会因水蒸发而下降，热甚至会从较高温的水体与周遭空气流进蒸发器！研究结果显示，如果加上从周遭环境流入的热能，这种蒸发器的能源效率直接破表，高达 178%。也就是说，除了原本的太阳光热 100% 用于蒸发所需要的热，环境的温度差还会再额外提供 78% 的热用于表面蒸发。
简单设计为水资源危机带来希望徐浩兰教授骄傲的表示，主动从外界汲取能量的光热蒸发器是世界首创。有了这种技术的加持，蒸发器的效能大幅进步，来到每天每平方公尺 10 ~ 20 公升。此外，这个设计的造价低廉，材料也相对容易取得，不需要专业知识背景就能操作与维护。内部的弹簧让整个装置可以被压缩收纳，携带与架设都十分方便。
新一代的 3D 光热蒸发器其实没有用到什么新奇的科学原理。其中使用的光热材料和将其拿来净水的想法，在几年前便都已存在。但是透过结合既有材料，并针对需求加以设计，此次创举或许能真正为缺乏水资源的家庭与社区带来希望。若你想成为拯救世界的发明家，除了实验室中的科学技术，更重要的或许是人的需求。
除了用来蒸馏饮用水，类似的技术还有很多可能的应用方向，例如工业废水处理等等。徐浩兰教授和他的团队接下也会持续往这个方向发展，期许未来能为人类的水资源危机带来更多创意十足的解方。
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