近日，上海交大機械與動力工程學院制冷與低溫工程研究所王如竹教授領銜的“能源-水-空氣”交叉學科創新團隊ITEWA（Innovative Team for Energy, Water & Air）在Advanced Functional Materials期刊上發表了題為“High-Efficiency Atmospheric Water Harvesting and Irrigation Recycling in Greenhouse Using Hygroscopic Composite Gels”的研究論文，提出了一種溫室側窗水回收系統，該系統在溫室環境中可實現78.78%的水資源節約率，并顯著提高作物產量，為農業節水技術的發展提供了新的思路。論文第一作者為制冷與低溫工程研究所博士生鄒豪，通訊作者為王如竹教授、農業與生物學院黃丹楓教授和新加坡國立大學李俊教授。

在農業生產中，水資源短缺已成為制約糧食安全的重要因素。溫室農業作為現代農業的重要模式，通過調控內部環境提升作物生長效率，但也面臨水資源浪費的難題。傳統的節水灌溉技術能夠減少灌溉用水量，但無法有效解決因作物蒸騰和溫室通風造成的水分損失。作為調節溫濕度的重要組件，溫室側窗在排放濕空氣的同時，也導致大量水蒸氣流失，降低了水資源利用效率。因此，如何在保證溫室正常通風的同時，提高水資源回收率，成為農業可持續發展亟待解決的關鍵問題。該研究針對這一挑戰，提出了一種利用吸濕材料進行水回收的全新策略，利用溫室側窗本身作為水收集結構，無需額外占用種植空間，使其具有極高的適應性和實用價值。

論文研發了一種高效吸濕凝膠，該材料由羥丙基甲基纖維素、聚丙烯酸鈉、乙二醇二縮水甘油醚和氯化鋰組成，形成了一個具有高吸濕性、穩定性和可擴展性的多孔網絡結構。這種凝膠不僅能夠在高濕度環境下高效吸附水分（最大吸水能力達到4.06 g water gsorbent?1），還可在70°C條件下快速釋放水分，實現高效的水循環回收。研究團隊設計的水回收系統（SWR）將該凝膠集成到溫室側窗結構中，使其在通風時主動吸收溫室內部的濕空氣，并在適當時機通過低溫加熱釋放水分，從而將原本會被排放的水蒸氣轉化為可用于灌溉的水。實驗數據顯示，該系統在溫室環境中每平方米可回收5015.6 g的水，大幅提升了水資源利用效率。此外，該系統還能優化溫室內部的微環境，使相對濕度控制在60%-80%的最佳生長范圍內，并在夜間提供一定的額外熱量，有助于作物的健康生長。生菜種植實驗表明，SWR系統的應用可顯著增加葉片數量、葉片面積和葉綠素含量，最終提升作物產量120%。這一成果展現了該系統在水資源節約方面的優勢，也提升了農作物的生長質量和經濟效益。

該研究為現代農業的水資源管理和智能溫室發展提供了一種可行的解決方案，可推廣至商業溫室和智慧農業系統，并結合可再生能源（如太陽能或風能）進一步優化能效。此外，SWR系統采用模塊化設計，可適配不同類型的溫室結構，并根據實際需求進行擴展，為水資源短缺問題提供可持續的解決方案。

王如竹教授領銜的能源-水-空氣ITEWA創新團隊長期致力于解決能源、水、空氣交叉領域的前沿基礎性科學問題和關鍵技術，旨在通過學科交叉實現材料-器件-系統層面的整體解決方案，推動相關領域取得突破性進展，近年來在Science, Nature Reviews Materials, Nature Water等高水平期刊發表50余篇論文。本文工作是ITEWA團隊與農生學科和材料學科領域的深度合作。

論文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202501163?af=R