新加坡國立大學開發 SmartFarm模組，收集空中水氣用於都市農業灌溉
2021/07/02 @國際
摘要
新加坡國立大學（NUS）研究人員最近開發了一種稱為SmartFarm的太陽能全自動灌溉模組，該模組含有新型銅基水凝膠，可在相對濕度較高的夜晚吸收空氣中的水分儲存於凝膠中，在白天陽光下釋放水分進行灌溉，可解決目前世界上兩個重要問題-水資源短缺和糧食短缺。SmartFarm可以在集水和灌溉過程進行微調，以適應不同類型的植物和當地氣候優化農業種植。先前「夏威夷太空探索類比與模擬」計畫（HI-SEAS）對此新型銅基水凝膠進行了實驗測試，表示其未來有潛力應用於太空農業的濕度控制。
示意圖
SmartFarm項目負責人Swee Ching TAN教授表示:「大氣中的水氣是未充分開發的豐富淡水資源，我們試圖同時緩解糧食和水源的短缺。我們開發了一種吸水性極佳的銅基水凝膠，用它來吸收空氣中的水分。然後將這整合到一個全自動的太陽能驅動灌溉模組中，該模組每天利用銅基水凝膠釋放的水自動進行植物灌溉。」
SmartFarm模組的關鍵技術是銅基水凝膠，它是藉由經濟且省時的工藝生產。這種材料吸水性極好，可吸收高達自身重量三倍的水分。吸收水分後，水凝膠會從咖啡色變為深綠色，吸飽水時變為淺綠色。在陽光下每1克銅基水凝膠每小時可釋放2.24克水，研究員測試了銅基水凝膠釋放後收集的水，發現其符合WHO的飲用水標準。因此，由銅基水凝膠收集的水可適用於飲用和農業用途。
晚上時，SmartFarm太陽能全自動灌溉模組頂蓋打開讓模組內銅基水凝膠吸收大氣中的水分，白天到設定的時間頂蓋關閉，銅基水凝膠中的水開始蒸散釋放，在模組內部表面-特別是頂蓋處凝結成液體，當儲存在銅基水凝膠中的水分完全釋放時，頂蓋會自動打開，隨著蓋子開啟，壓克力刮水器會將頂蓋冷凝水集中，使其沿著內壁滲入土壤進行灌溉。研究團隊使用此模組已成功種植了空心菜。Tan教授表示：「 SmartFarm模組大量減少對淡水的需求，適用於大規模屋頂農業等都市農業技術，可以減少水資源需求並緩解食物短缺問題。」
HI-SEAS是位於夏威夷莫納羅阿火山火山熔岩區上的一個偏遠實驗單位，主要在模擬月球和火星任務。SmartFarm研究團隊和HI-SEAS團隊進行合作，在模擬外星環境的小型實驗溫室中使用銅基水凝膠控制濕度以生長可食用的微綠植物。經實驗證明這些微綠植物仍然充滿了營養、維生素和礦物質，可作為太空探索新鮮補給品。HI-SEAS實驗室表示，由NUS開發的銅基水凝膠提供了低成本、低重量和低耗能的解決方案可用於自給自足的農場。
NUS團隊在SmartFarm模組投入商業化生產之前，希望完善模組附加功能。例如，可以設計多層結構以最大程度地利用屋頂空間來增加糧食產量；如果植物易受溫度影響，則可以在模組中添加冷凝器。此外，為防止長時間陰天，可以將加熱系統嵌入銅基水凝膠的容器中，以提供足夠的熱能來使水凝膠釋放水氣。 SmartFarm模組亦可合併無線網路功能，使用戶能夠使用智慧手機進行遠端監控。【延伸閱讀】都市農業在星國推廣之現況與成效
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