用于全天制水的紧凑型快速循环燃料大气集水装置

IF 7.9 2区 综合性期刊 Q1 CHEMISTRY, MULTIDISCIPLINARY Cell Reports Physical Science Pub Date : 2024-07-22 DOI:10.1016/j.xcrp.2024.102115
{"title":"用于全天制水的紧凑型快速循环燃料大气集水装置","authors":"","doi":"10.1016/j.xcrp.2024.102115","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"<p>Atmospheric water harvesting (AWH) has emerged as a vital technology in alleviating the significant water struggles around the globe. Advances in sorption-based AWH (SAWH) primarily focus on novel materials, often overlooking system-level considerations. We introduce the first-of-its-kind compact rapid cycling fuel-fired (CRCF) AWH device. The CRCF device packages aluminum fumarate MOF into a compact adsorbent heat exchanger (AHX), which uses fuel combustion and an ambiently cooled condenser. The CRCF prototype was designed to maximize volumetric production density (<span><span style=\"\"></span><span data-mathml='&lt;math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;msub is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;P&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;v&lt;/mi&gt;&lt;/msub&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/math&gt;' role=\"presentation\" style=\"font-size: 90%; display: inline-block; position: relative;\" tabindex=\"0\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" height=\"2.317ex\" role=\"img\" style=\"vertical-align: -0.582ex;\" viewbox=\"0 -747.2 1085.8 997.6\" width=\"2.522ex\" xmlns:xlink=\"http://www.w3.org/1999/xlink\"><g fill=\"currentColor\" stroke=\"currentColor\" stroke-width=\"0\" transform=\"matrix(1 0 0 -1 0 0)\"><g is=\"true\"><g is=\"true\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-50\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(642,-150)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-76\"></use></g></g></g></g></svg><span role=\"presentation\"><math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"><mrow is=\"true\"><msub is=\"true\"><mi is=\"true\">P</mi><mi is=\"true\">v</mi></msub></mrow></math></span></span><script type=\"math/mml\"><math><mrow is=\"true\"><msub is=\"true\"><mi is=\"true\">P</mi><mi is=\"true\">v</mi></msub></mrow></math></script></span>), defined as the daily water production per unit volume of the AHX (<span><span style=\"\"></span><span data-mathml='&lt;math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;k&lt;/mi&gt;&lt;msub is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;g&lt;/mi&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;w&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;a&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;t&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;e&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;r&lt;/mi&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msub&gt;&lt;msubsup is=\"true\"&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mo stretchy=\"true\" is=\"true\"&gt;(&lt;/mo&gt;&lt;msup is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;m&lt;/mi&gt;&lt;mn is=\"true\"&gt;3&lt;/mn&gt;&lt;/msup&gt;&lt;mo stretchy=\"true\" is=\"true\"&gt;)&lt;/mo&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;A&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;H&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;X&lt;/mi&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mo is=\"true\"&gt;&amp;#x2212;&lt;/mo&gt;&lt;mn is=\"true\"&gt;1&lt;/mn&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msubsup&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;d&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;a&lt;/mi&gt;&lt;msup is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;y&lt;/mi&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mo is=\"true\"&gt;&amp;#x2212;&lt;/mo&gt;&lt;mn is=\"true\"&gt;1&lt;/mn&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msup&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/math&gt;' role=\"presentation\" style=\"font-size: 90%; display: inline-block; position: relative;\" tabindex=\"0\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" height=\"3.702ex\" role=\"img\" style=\"vertical-align: -1.043ex;\" viewbox=\"0 -1144.6 9553 1593.7\" width=\"22.188ex\" xmlns:xlink=\"http://www.w3.org/1999/xlink\"><g fill=\"currentColor\" stroke=\"currentColor\" stroke-width=\"0\" transform=\"matrix(1 0 0 -1 0 0)\"><g is=\"true\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-6B\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(521,0)\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-67\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(477,-150)\"><g is=\"true\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-77\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(506,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-61\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(881,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-74\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(1136,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-65\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(1466,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-72\"></use></g></g></g><g is=\"true\" transform=\"translate(2884,0)\"><g is=\"true\"><use is=\"true\" xlink:href=\"#MJSZ1-28\"></use><g is=\"true\" transform=\"translate(458,0)\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-6D\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(878,362)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMAIN-33\"></use></g></g><use is=\"true\" x=\"1790\" xlink:href=\"#MJSZ1-29\" y=\"-1\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(2249,577)\"><g is=\"true\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMAIN-2212\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(550,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMAIN-31\"></use></g></g><g is=\"true\" transform=\"translate(2249,-386)\"><g is=\"true\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-41\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(530,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-48\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(1158,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-58\"></use></g></g></g><g is=\"true\" transform=\"translate(6995,0)\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-64\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(7519,0)\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-61\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(8048,0)\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-79\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(499,362)\"><g is=\"true\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMAIN-2212\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(550,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMAIN-31\"></use></g></g></g></g></g></svg><span role=\"presentation\"><math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">k</mi><msub is=\"true\"><mi is=\"true\">g</mi><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">w</mi><mi is=\"true\">a</mi><mi is=\"true\">t</mi><mi is=\"true\">e</mi><mi is=\"true\">r</mi></mrow></msub><msubsup is=\"true\"><mrow is=\"true\"><mo is=\"true\" stretchy=\"true\">(</mo><msup is=\"true\"><mi is=\"true\">m</mi><mn is=\"true\">3</mn></msup><mo is=\"true\" stretchy=\"true\">)</mo></mrow><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">A</mi><mi is=\"true\">H</mi><mi is=\"true\">X</mi></mrow><mrow is=\"true\"><mo is=\"true\">−</mo><mn is=\"true\">1</mn></mrow></msubsup><mi is=\"true\">d</mi><mi is=\"true\">a</mi><msup is=\"true\"><mi is=\"true\">y</mi><mrow is=\"true\"><mo is=\"true\">−</mo><mn is=\"true\">1</mn></mrow></msup></mrow></math></span></span><script type=\"math/mml\"><math><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">k</mi><msub is=\"true\"><mi is=\"true\">g</mi><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">w</mi><mi is=\"true\">a</mi><mi is=\"true\">t</mi><mi is=\"true\">e</mi><mi is=\"true\">r</mi></mrow></msub><msubsup is=\"true\"><mrow is=\"true\"><mo stretchy=\"true\" is=\"true\">(</mo><msup is=\"true\"><mi is=\"true\">m</mi><mn is=\"true\">3</mn></msup><mo stretchy=\"true\" is=\"true\">)</mo></mrow><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">A</mi><mi is=\"true\">H</mi><mi is=\"true\">X</mi></mrow><mrow is=\"true\"><mo is=\"true\">−</mo><mn is=\"true\">1</mn></mrow></msubsup><mi is=\"true\">d</mi><mi is=\"true\">a</mi><msup is=\"true\"><mi is=\"true\">y</mi><mrow is=\"true\"><mo is=\"true\">−</mo><mn is=\"true\">1</mn></mrow></msup></mrow></math></script></span>). Fuel enables continuous daily cycling and reduces the system footprint relative to a purely solar-driven system. A computational model is used to optimize the adsorption truncation and the thickness of sorbent fins (<em>τ</em>) for maximum water productivity (<em>P</em>) or <span><span style=\"\"></span><span data-mathml='&lt;math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;msub is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;P&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;v&lt;/mi&gt;&lt;/msub&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/math&gt;' role=\"presentation\" style=\"font-size: 90%; display: inline-block; position: relative;\" tabindex=\"0\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" height=\"2.317ex\" role=\"img\" style=\"vertical-align: -0.582ex;\" viewbox=\"0 -747.2 1085.8 997.6\" width=\"2.522ex\" xmlns:xlink=\"http://www.w3.org/1999/xlink\"><g fill=\"currentColor\" stroke=\"currentColor\" stroke-width=\"0\" transform=\"matrix(1 0 0 -1 0 0)\"><g is=\"true\"><g is=\"true\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-50\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(642,-150)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-76\"></use></g></g></g></g></svg><span role=\"presentation\"><math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"><mrow is=\"true\"><msub is=\"true\"><mi is=\"true\">P</mi><mi is=\"true\">v</mi></msub></mrow></math></span></span><script type=\"math/mml\"><math><mrow is=\"true\"><msub is=\"true\"><mi is=\"true\">P</mi><mi is=\"true\">v</mi></msub></mrow></math></script></span> demonstrating the potential of CRCF. A daily water productivity of 3.19 <span><span style=\"\"></span><span data-mathml='&lt;math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;k&lt;/mi&gt;&lt;msub is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;g&lt;/mi&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;w&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;a&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;t&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;e&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;r&lt;/mi&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msub&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;k&lt;/mi&gt;&lt;msubsup is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;g&lt;/mi&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;M&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;O&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;F&lt;/mi&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mo is=\"true\"&gt;&amp;#x2212;&lt;/mo&gt;&lt;mn is=\"true\"&gt;1&lt;/mn&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msubsup&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;d&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;a&lt;/mi&gt;&lt;msup is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;y&lt;/mi&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mo is=\"true\"&gt;&amp;#x2212;&lt;/mo&gt;&lt;mn is=\"true\"&gt;1&lt;/mn&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msup&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/math&gt;' role=\"presentation\" style=\"font-size: 90%; display: inline-block; position: relative;\" tabindex=\"0\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" height=\"3.24ex\" role=\"img\" style=\"vertical-align: -1.043ex;\" viewbox=\"0 -945.9 8354.2 1395\" width=\"19.403ex\" xmlns:xlink=\"http://www.w3.org/1999/xlink\"><g fill=\"currentColor\" stroke=\"currentColor\" stroke-width=\"0\" transform=\"matrix(1 0 0 -1 0 0)\"><g is=\"true\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-6B\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(521,0)\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-67\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(477,-150)\"><g is=\"true\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-77\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(506,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-61\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(881,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-74\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(1136,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-65\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(1466,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-72\"></use></g></g></g><g is=\"true\" transform=\"translate(2884,0)\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-6B\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(3406,0)\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-67\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(481,403)\"><g is=\"true\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMAIN-2212\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(550,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMAIN-31\"></use></g></g><g is=\"true\" transform=\"translate(477,-335)\"><g is=\"true\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-4D\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(743,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-4F\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(1283,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-46\"></use></g></g></g><g is=\"true\" transform=\"translate(5797,0)\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-64\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(6320,0)\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-61\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(6850,0)\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-79\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(499,362)\"><g is=\"true\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMAIN-2212\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(550,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMAIN-31\"></use></g></g></g></g></g></svg><span role=\"presentation\"><math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">k</mi><msub is=\"true\"><mi is=\"true\">g</mi><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">w</mi><mi is=\"true\">a</mi><mi is=\"true\">t</mi><mi is=\"true\">e</mi><mi is=\"true\">r</mi></mrow></msub><mi is=\"true\">k</mi><msubsup is=\"true\"><mi is=\"true\">g</mi><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">M</mi><mi is=\"true\">O</mi><mi is=\"true\">F</mi></mrow><mrow is=\"true\"><mo is=\"true\">−</mo><mn is=\"true\">1</mn></mrow></msubsup><mi is=\"true\">d</mi><mi is=\"true\">a</mi><msup is=\"true\"><mi is=\"true\">y</mi><mrow is=\"true\"><mo is=\"true\">−</mo><mn is=\"true\">1</mn></mrow></msup></mrow></math></span></span><script type=\"math/mml\"><math><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">k</mi><msub is=\"true\"><mi is=\"true\">g</mi><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">w</mi><mi is=\"true\">a</mi><mi is=\"true\">t</mi><mi is=\"true\">e</mi><mi is=\"true\">r</mi></mrow></msub><mi is=\"true\">k</mi><msubsup is=\"true\"><mi is=\"true\">g</mi><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">M</mi><mi is=\"true\">O</mi><mi is=\"true\">F</mi></mrow><mrow is=\"true\"><mo is=\"true\">−</mo><mn is=\"true\">1</mn></mrow></msubsup><mi is=\"true\">d</mi><mi is=\"true\">a</mi><msup is=\"true\"><mi is=\"true\">y</mi><mrow is=\"true\"><mo is=\"true\">−</mo><mn is=\"true\">1</mn></mrow></msup></mrow></math></script></span> or a <span><span style=\"\"></span><span data-mathml='&lt;math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;msub is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;P&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;v&lt;/mi&gt;&lt;/msub&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/math&gt;' role=\"presentation\" style=\"font-size: 90%; display: inline-block; position: relative;\" tabindex=\"0\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" height=\"2.317ex\" role=\"img\" style=\"vertical-align: -0.582ex;\" viewbox=\"0 -747.2 1085.8 997.6\" width=\"2.522ex\" xmlns:xlink=\"http://www.w3.org/1999/xlink\"><g fill=\"currentColor\" stroke=\"currentColor\" stroke-width=\"0\" transform=\"matrix(1 0 0 -1 0 0)\"><g is=\"true\"><g is=\"true\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-50\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(642,-150)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-76\"></use></g></g></g></g></svg><span role=\"presentation\"><math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"><mrow is=\"true\"><msub is=\"true\"><mi is=\"true\">P</mi><mi is=\"true\">v</mi></msub></mrow></math></span></span><script type=\"math/mml\"><math><mrow is=\"true\"><msub is=\"true\"><mi is=\"true\">P</mi><mi is=\"true\">v</mi></msub></mrow></math></script></span> of 718 (<span><span style=\"\"></span><span data-mathml='&lt;math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;k&lt;/mi&gt;&lt;msub is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;g&lt;/mi&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;w&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;a&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;t&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;e&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;r&lt;/mi&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msub&gt;&lt;msubsup is=\"true\"&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mo stretchy=\"true\" is=\"true\"&gt;(&lt;/mo&gt;&lt;msup is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;m&lt;/mi&gt;&lt;mn is=\"true\"&gt;3&lt;/mn&gt;&lt;/msup&gt;&lt;mo stretchy=\"true\" is=\"true\"&gt;)&lt;/mo&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;A&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;H&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;X&lt;/mi&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mo is=\"true\"&gt;&amp;#x2212;&lt;/mo&gt;&lt;mn is=\"true\"&gt;1&lt;/mn&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msubsup&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;d&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;a&lt;/mi&gt;&lt;msup is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;y&lt;/mi&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;mo is=\"true\"&gt;&amp;#x2212;&lt;/mo&gt;&lt;mn is=\"true\"&gt;1&lt;/mn&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msup&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/math&gt;' role=\"presentation\" style=\"font-size: 90%; display: inline-block; position: relative;\" tabindex=\"0\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" height=\"3.702ex\" role=\"img\" style=\"vertical-align: -1.043ex;\" viewbox=\"0 -1144.6 9553 1593.7\" width=\"22.188ex\" xmlns:xlink=\"http://www.w3.org/1999/xlink\"><g fill=\"currentColor\" stroke=\"currentColor\" stroke-width=\"0\" transform=\"matrix(1 0 0 -1 0 0)\"><g is=\"true\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-6B\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(521,0)\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-67\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(477,-150)\"><g is=\"true\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-77\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(506,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-61\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(881,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-74\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(1136,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-65\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(1466,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-72\"></use></g></g></g><g is=\"true\" transform=\"translate(2884,0)\"><g is=\"true\"><use is=\"true\" xlink:href=\"#MJSZ1-28\"></use><g is=\"true\" transform=\"translate(458,0)\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-6D\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(878,362)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMAIN-33\"></use></g></g><use is=\"true\" x=\"1790\" xlink:href=\"#MJSZ1-29\" y=\"-1\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(2249,577)\"><g is=\"true\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMAIN-2212\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(550,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMAIN-31\"></use></g></g><g is=\"true\" transform=\"translate(2249,-386)\"><g is=\"true\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-41\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(530,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-48\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(1158,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-58\"></use></g></g></g><g is=\"true\" transform=\"translate(6995,0)\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-64\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(7519,0)\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-61\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(8048,0)\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-79\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(499,362)\"><g is=\"true\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMAIN-2212\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(550,0)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMAIN-31\"></use></g></g></g></g></g></svg><span role=\"presentation\"><math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">k</mi><msub is=\"true\"><mi is=\"true\">g</mi><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">w</mi><mi is=\"true\">a</mi><mi is=\"true\">t</mi><mi is=\"true\">e</mi><mi is=\"true\">r</mi></mrow></msub><msubsup is=\"true\"><mrow is=\"true\"><mo is=\"true\" stretchy=\"true\">(</mo><msup is=\"true\"><mi is=\"true\">m</mi><mn is=\"true\">3</mn></msup><mo is=\"true\" stretchy=\"true\">)</mo></mrow><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">A</mi><mi is=\"true\">H</mi><mi is=\"true\">X</mi></mrow><mrow is=\"true\"><mo is=\"true\">−</mo><mn is=\"true\">1</mn></mrow></msubsup><mi is=\"true\">d</mi><mi is=\"true\">a</mi><msup is=\"true\"><mi is=\"true\">y</mi><mrow is=\"true\"><mo is=\"true\">−</mo><mn is=\"true\">1</mn></mrow></msup></mrow></math></span></span><script type=\"math/mml\"><math><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">k</mi><msub is=\"true\"><mi is=\"true\">g</mi><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">w</mi><mi is=\"true\">a</mi><mi is=\"true\">t</mi><mi is=\"true\">e</mi><mi is=\"true\">r</mi></mrow></msub><msubsup is=\"true\"><mrow is=\"true\"><mo stretchy=\"true\" is=\"true\">(</mo><msup is=\"true\"><mi is=\"true\">m</mi><mn is=\"true\">3</mn></msup><mo stretchy=\"true\" is=\"true\">)</mo></mrow><mrow is=\"true\"><mi is=\"true\">A</mi><mi is=\"true\">H</mi><mi is=\"true\">X</mi></mrow><mrow is=\"true\"><mo is=\"true\">−</mo><mn is=\"true\">1</mn></mrow></msubsup><mi is=\"true\">d</mi><mi is=\"true\">a</mi><msup is=\"true\"><mi is=\"true\">y</mi><mrow is=\"true\"><mo is=\"true\">−</mo><mn is=\"true\">1</mn></mrow></msup></mrow></math></script></span>) can be achieved representing an improvement of 1.5× and 2.1× in <em>P</em> and <span><span style=\"\"></span><span data-mathml='&lt;math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"&gt;&lt;mrow is=\"true\"&gt;&lt;msub is=\"true\"&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;P&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\"true\"&gt;v&lt;/mi&gt;&lt;/msub&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/math&gt;' role=\"presentation\" style=\"font-size: 90%; display: inline-block; position: relative;\" tabindex=\"0\"><svg aria-hidden=\"true\" focusable=\"false\" height=\"2.317ex\" role=\"img\" style=\"vertical-align: -0.582ex;\" viewbox=\"0 -747.2 1085.8 997.6\" width=\"2.522ex\" xmlns:xlink=\"http://www.w3.org/1999/xlink\"><g fill=\"currentColor\" stroke=\"currentColor\" stroke-width=\"0\" transform=\"matrix(1 0 0 -1 0 0)\"><g is=\"true\"><g is=\"true\"><g is=\"true\"><use xlink:href=\"#MJMATHI-50\"></use></g><g is=\"true\" transform=\"translate(642,-150)\"><use transform=\"scale(0.707)\" xlink:href=\"#MJMATHI-76\"></use></g></g></g></g></svg><span role=\"presentation\"><math xmlns=\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\"><mrow is=\"true\"><msub is=\"true\"><mi is=\"true\">P</mi><mi is=\"true\">v</mi></msub></mrow></math></span></span><script type=\"math/mml\"><math><mrow is=\"true\"><msub is=\"true\"><mi is=\"true\">P</mi><mi is=\"true\">v</mi></msub></mrow></math></script></span> relative to state-of-the-art metal organic framework-based multi-cycle SAWH devices operating without refrigeration.</p>","PeriodicalId":9703,"journal":{"name":"Cell Reports Physical Science","volume":null,"pages":null},"PeriodicalIF":7.9000,"publicationDate":"2024-07-22","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":"{\"title\":\"Compact rapid cycling fuel-fired atmospheric water harvesting device for all-day water production\",\"authors\":\"\",\"doi\":\"10.1016/j.xcrp.2024.102115\",\"DOIUrl\":null,\"url\":null,\"abstract\":\"<p>Atmospheric water harvesting (AWH) has emerged as a vital technology in alleviating the significant water struggles around the globe. Advances in sorption-based AWH (SAWH) primarily focus on novel materials, often overlooking system-level considerations. We introduce the first-of-its-kind compact rapid cycling fuel-fired (CRCF) AWH device. The CRCF device packages aluminum fumarate MOF into a compact adsorbent heat exchanger (AHX), which uses fuel combustion and an ambiently cooled condenser. The CRCF prototype was designed to maximize volumetric production density (<span><span style=\\\"\\\"></span><span data-mathml='&lt;math xmlns=\\\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\\\"&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;msub is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;P&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;v&lt;/mi&gt;&lt;/msub&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/math&gt;' role=\\\"presentation\\\" style=\\\"font-size: 90%; display: inline-block; position: relative;\\\" tabindex=\\\"0\\\"><svg aria-hidden=\\\"true\\\" focusable=\\\"false\\\" height=\\\"2.317ex\\\" role=\\\"img\\\" style=\\\"vertical-align: -0.582ex;\\\" viewbox=\\\"0 -747.2 1085.8 997.6\\\" width=\\\"2.522ex\\\" xmlns:xlink=\\\"http://www.w3.org/1999/xlink\\\"><g fill=\\\"currentColor\\\" stroke=\\\"currentColor\\\" stroke-width=\\\"0\\\" transform=\\\"matrix(1 0 0 -1 0 0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><g is=\\\"true\\\"><g is=\\\"true\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-50\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(642,-150)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-76\\\"></use></g></g></g></g></svg><span role=\\\"presentation\\\"><math xmlns=\\\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\\\"><mrow is=\\\"true\\\"><msub is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">P</mi><mi is=\\\"true\\\">v</mi></msub></mrow></math></span></span><script type=\\\"math/mml\\\"><math><mrow is=\\\"true\\\"><msub is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">P</mi><mi is=\\\"true\\\">v</mi></msub></mrow></math></script></span>), defined as the daily water production per unit volume of the AHX (<span><span style=\\\"\\\"></span><span data-mathml='&lt;math xmlns=\\\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\\\"&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;k&lt;/mi&gt;&lt;msub is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;g&lt;/mi&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;w&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;a&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;t&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;e&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;r&lt;/mi&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msub&gt;&lt;msubsup is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mo stretchy=\\\"true\\\" is=\\\"true\\\"&gt;(&lt;/mo&gt;&lt;msup is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;m&lt;/mi&gt;&lt;mn is=\\\"true\\\"&gt;3&lt;/mn&gt;&lt;/msup&gt;&lt;mo stretchy=\\\"true\\\" is=\\\"true\\\"&gt;)&lt;/mo&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;A&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;H&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;X&lt;/mi&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mo is=\\\"true\\\"&gt;&amp;#x2212;&lt;/mo&gt;&lt;mn is=\\\"true\\\"&gt;1&lt;/mn&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msubsup&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;d&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;a&lt;/mi&gt;&lt;msup is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;y&lt;/mi&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mo is=\\\"true\\\"&gt;&amp;#x2212;&lt;/mo&gt;&lt;mn is=\\\"true\\\"&gt;1&lt;/mn&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msup&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/math&gt;' role=\\\"presentation\\\" style=\\\"font-size: 90%; display: inline-block; position: relative;\\\" tabindex=\\\"0\\\"><svg aria-hidden=\\\"true\\\" focusable=\\\"false\\\" height=\\\"3.702ex\\\" role=\\\"img\\\" style=\\\"vertical-align: -1.043ex;\\\" viewbox=\\\"0 -1144.6 9553 1593.7\\\" width=\\\"22.188ex\\\" xmlns:xlink=\\\"http://www.w3.org/1999/xlink\\\"><g fill=\\\"currentColor\\\" stroke=\\\"currentColor\\\" stroke-width=\\\"0\\\" transform=\\\"matrix(1 0 0 -1 0 0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><g is=\\\"true\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-6B\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(521,0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-67\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(477,-150)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-77\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(506,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-61\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(881,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-74\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(1136,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-65\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(1466,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-72\\\"></use></g></g></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(2884,0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use is=\\\"true\\\" xlink:href=\\\"#MJSZ1-28\\\"></use><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(458,0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-6D\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(878,362)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMAIN-33\\\"></use></g></g><use is=\\\"true\\\" x=\\\"1790\\\" xlink:href=\\\"#MJSZ1-29\\\" y=\\\"-1\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(2249,577)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMAIN-2212\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(550,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMAIN-31\\\"></use></g></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(2249,-386)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-41\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(530,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-48\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(1158,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-58\\\"></use></g></g></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(6995,0)\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-64\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(7519,0)\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-61\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(8048,0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-79\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(499,362)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMAIN-2212\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(550,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMAIN-31\\\"></use></g></g></g></g></g></svg><span role=\\\"presentation\\\"><math xmlns=\\\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\\\"><mrow is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">k</mi><msub is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">g</mi><mrow is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">w</mi><mi is=\\\"true\\\">a</mi><mi is=\\\"true\\\">t</mi><mi is=\\\"true\\\">e</mi><mi is=\\\"true\\\">r</mi></mrow></msub><msubsup is=\\\"true\\\"><mrow is=\\\"true\\\"><mo is=\\\"true\\\" stretchy=\\\"true\\\">(</mo><msup is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">m</mi><mn is=\\\"true\\\">3</mn></msup><mo is=\\\"true\\\" stretchy=\\\"true\\\">)</mo></mrow><mrow is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">A</mi><mi is=\\\"true\\\">H</mi><mi is=\\\"true\\\">X</mi></mrow><mrow is=\\\"true\\\"><mo is=\\\"true\\\">−</mo><mn is=\\\"true\\\">1</mn></mrow></msubsup><mi is=\\\"true\\\">d</mi><mi is=\\\"true\\\">a</mi><msup is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">y</mi><mrow is=\\\"true\\\"><mo is=\\\"true\\\">−</mo><mn is=\\\"true\\\">1</mn></mrow></msup></mrow></math></span></span><script type=\\\"math/mml\\\"><math><mrow is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">k</mi><msub is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">g</mi><mrow is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">w</mi><mi is=\\\"true\\\">a</mi><mi is=\\\"true\\\">t</mi><mi is=\\\"true\\\">e</mi><mi is=\\\"true\\\">r</mi></mrow></msub><msubsup is=\\\"true\\\"><mrow is=\\\"true\\\"><mo stretchy=\\\"true\\\" is=\\\"true\\\">(</mo><msup is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">m</mi><mn is=\\\"true\\\">3</mn></msup><mo stretchy=\\\"true\\\" is=\\\"true\\\">)</mo></mrow><mrow is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">A</mi><mi is=\\\"true\\\">H</mi><mi is=\\\"true\\\">X</mi></mrow><mrow is=\\\"true\\\"><mo is=\\\"true\\\">−</mo><mn is=\\\"true\\\">1</mn></mrow></msubsup><mi is=\\\"true\\\">d</mi><mi is=\\\"true\\\">a</mi><msup is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">y</mi><mrow is=\\\"true\\\"><mo is=\\\"true\\\">−</mo><mn is=\\\"true\\\">1</mn></mrow></msup></mrow></math></script></span>). Fuel enables continuous daily cycling and reduces the system footprint relative to a purely solar-driven system. A computational model is used to optimize the adsorption truncation and the thickness of sorbent fins (<em>τ</em>) for maximum water productivity (<em>P</em>) or <span><span style=\\\"\\\"></span><span data-mathml='&lt;math xmlns=\\\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\\\"&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;msub is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;P&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;v&lt;/mi&gt;&lt;/msub&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/math&gt;' role=\\\"presentation\\\" style=\\\"font-size: 90%; display: inline-block; position: relative;\\\" tabindex=\\\"0\\\"><svg aria-hidden=\\\"true\\\" focusable=\\\"false\\\" height=\\\"2.317ex\\\" role=\\\"img\\\" style=\\\"vertical-align: -0.582ex;\\\" viewbox=\\\"0 -747.2 1085.8 997.6\\\" width=\\\"2.522ex\\\" xmlns:xlink=\\\"http://www.w3.org/1999/xlink\\\"><g fill=\\\"currentColor\\\" stroke=\\\"currentColor\\\" stroke-width=\\\"0\\\" transform=\\\"matrix(1 0 0 -1 0 0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><g is=\\\"true\\\"><g is=\\\"true\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-50\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(642,-150)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-76\\\"></use></g></g></g></g></svg><span role=\\\"presentation\\\"><math xmlns=\\\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\\\"><mrow is=\\\"true\\\"><msub is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">P</mi><mi is=\\\"true\\\">v</mi></msub></mrow></math></span></span><script type=\\\"math/mml\\\"><math><mrow is=\\\"true\\\"><msub is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">P</mi><mi is=\\\"true\\\">v</mi></msub></mrow></math></script></span> demonstrating the potential of CRCF. A daily water productivity of 3.19 <span><span style=\\\"\\\"></span><span data-mathml='&lt;math xmlns=\\\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\\\"&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;k&lt;/mi&gt;&lt;msub is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;g&lt;/mi&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;w&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;a&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;t&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;e&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;r&lt;/mi&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msub&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;k&lt;/mi&gt;&lt;msubsup is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;g&lt;/mi&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;M&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;O&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;F&lt;/mi&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mo is=\\\"true\\\"&gt;&amp;#x2212;&lt;/mo&gt;&lt;mn is=\\\"true\\\"&gt;1&lt;/mn&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msubsup&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;d&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;a&lt;/mi&gt;&lt;msup is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;y&lt;/mi&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mo is=\\\"true\\\"&gt;&amp;#x2212;&lt;/mo&gt;&lt;mn is=\\\"true\\\"&gt;1&lt;/mn&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msup&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/math&gt;' role=\\\"presentation\\\" style=\\\"font-size: 90%; display: inline-block; position: relative;\\\" tabindex=\\\"0\\\"><svg aria-hidden=\\\"true\\\" focusable=\\\"false\\\" height=\\\"3.24ex\\\" role=\\\"img\\\" style=\\\"vertical-align: -1.043ex;\\\" viewbox=\\\"0 -945.9 8354.2 1395\\\" width=\\\"19.403ex\\\" xmlns:xlink=\\\"http://www.w3.org/1999/xlink\\\"><g fill=\\\"currentColor\\\" stroke=\\\"currentColor\\\" stroke-width=\\\"0\\\" transform=\\\"matrix(1 0 0 -1 0 0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><g is=\\\"true\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-6B\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(521,0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-67\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(477,-150)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-77\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(506,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-61\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(881,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-74\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(1136,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-65\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(1466,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-72\\\"></use></g></g></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(2884,0)\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-6B\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(3406,0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-67\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(481,403)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMAIN-2212\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(550,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMAIN-31\\\"></use></g></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(477,-335)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-4D\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(743,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-4F\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(1283,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-46\\\"></use></g></g></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(5797,0)\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-64\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(6320,0)\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-61\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(6850,0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-79\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(499,362)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMAIN-2212\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(550,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMAIN-31\\\"></use></g></g></g></g></g></svg><span role=\\\"presentation\\\"><math xmlns=\\\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\\\"><mrow is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">k</mi><msub is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">g</mi><mrow is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">w</mi><mi is=\\\"true\\\">a</mi><mi is=\\\"true\\\">t</mi><mi is=\\\"true\\\">e</mi><mi is=\\\"true\\\">r</mi></mrow></msub><mi is=\\\"true\\\">k</mi><msubsup is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">g</mi><mrow is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">M</mi><mi is=\\\"true\\\">O</mi><mi is=\\\"true\\\">F</mi></mrow><mrow is=\\\"true\\\"><mo is=\\\"true\\\">−</mo><mn is=\\\"true\\\">1</mn></mrow></msubsup><mi is=\\\"true\\\">d</mi><mi is=\\\"true\\\">a</mi><msup is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">y</mi><mrow is=\\\"true\\\"><mo is=\\\"true\\\">−</mo><mn is=\\\"true\\\">1</mn></mrow></msup></mrow></math></span></span><script type=\\\"math/mml\\\"><math><mrow is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">k</mi><msub is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">g</mi><mrow is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">w</mi><mi is=\\\"true\\\">a</mi><mi is=\\\"true\\\">t</mi><mi is=\\\"true\\\">e</mi><mi is=\\\"true\\\">r</mi></mrow></msub><mi is=\\\"true\\\">k</mi><msubsup is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">g</mi><mrow is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">M</mi><mi is=\\\"true\\\">O</mi><mi is=\\\"true\\\">F</mi></mrow><mrow is=\\\"true\\\"><mo is=\\\"true\\\">−</mo><mn is=\\\"true\\\">1</mn></mrow></msubsup><mi is=\\\"true\\\">d</mi><mi is=\\\"true\\\">a</mi><msup is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">y</mi><mrow is=\\\"true\\\"><mo is=\\\"true\\\">−</mo><mn is=\\\"true\\\">1</mn></mrow></msup></mrow></math></script></span> or a <span><span style=\\\"\\\"></span><span data-mathml='&lt;math xmlns=\\\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\\\"&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;msub is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;P&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;v&lt;/mi&gt;&lt;/msub&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/math&gt;' role=\\\"presentation\\\" style=\\\"font-size: 90%; display: inline-block; position: relative;\\\" tabindex=\\\"0\\\"><svg aria-hidden=\\\"true\\\" focusable=\\\"false\\\" height=\\\"2.317ex\\\" role=\\\"img\\\" style=\\\"vertical-align: -0.582ex;\\\" viewbox=\\\"0 -747.2 1085.8 997.6\\\" width=\\\"2.522ex\\\" xmlns:xlink=\\\"http://www.w3.org/1999/xlink\\\"><g fill=\\\"currentColor\\\" stroke=\\\"currentColor\\\" stroke-width=\\\"0\\\" transform=\\\"matrix(1 0 0 -1 0 0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><g is=\\\"true\\\"><g is=\\\"true\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-50\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(642,-150)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-76\\\"></use></g></g></g></g></svg><span role=\\\"presentation\\\"><math xmlns=\\\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\\\"><mrow is=\\\"true\\\"><msub is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">P</mi><mi is=\\\"true\\\">v</mi></msub></mrow></math></span></span><script type=\\\"math/mml\\\"><math><mrow is=\\\"true\\\"><msub is=\\\"true\\\"><mi is=\\\"true\\\">P</mi><mi is=\\\"true\\\">v</mi></msub></mrow></math></script></span> of 718 (<span><span style=\\\"\\\"></span><span data-mathml='&lt;math xmlns=\\\"http://www.w3.org/1998/Math/MathML\\\"&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;k&lt;/mi&gt;&lt;msub is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;g&lt;/mi&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;w&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;a&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;t&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;e&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;r&lt;/mi&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msub&gt;&lt;msubsup is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mo stretchy=\\\"true\\\" is=\\\"true\\\"&gt;(&lt;/mo&gt;&lt;msup is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;m&lt;/mi&gt;&lt;mn is=\\\"true\\\"&gt;3&lt;/mn&gt;&lt;/msup&gt;&lt;mo stretchy=\\\"true\\\" is=\\\"true\\\"&gt;)&lt;/mo&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;A&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;H&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;X&lt;/mi&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mo is=\\\"true\\\"&gt;&amp;#x2212;&lt;/mo&gt;&lt;mn is=\\\"true\\\"&gt;1&lt;/mn&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msubsup&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;d&lt;/mi&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;a&lt;/mi&gt;&lt;msup is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mi is=\\\"true\\\"&gt;y&lt;/mi&gt;&lt;mrow is=\\\"true\\\"&gt;&lt;mo is=\\\"true\\\"&gt;&amp;#x2212;&lt;/mo&gt;&lt;mn is=\\\"true\\\"&gt;1&lt;/mn&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/msup&gt;&lt;/mrow&gt;&lt;/math&gt;' role=\\\"presentation\\\" style=\\\"font-size: 90%; display: inline-block; position: relative;\\\" tabindex=\\\"0\\\"><svg aria-hidden=\\\"true\\\" focusable=\\\"false\\\" height=\\\"3.702ex\\\" role=\\\"img\\\" style=\\\"vertical-align: -1.043ex;\\\" viewbox=\\\"0 -1144.6 9553 1593.7\\\" width=\\\"22.188ex\\\" xmlns:xlink=\\\"http://www.w3.org/1999/xlink\\\"><g fill=\\\"currentColor\\\" stroke=\\\"currentColor\\\" stroke-width=\\\"0\\\" transform=\\\"matrix(1 0 0 -1 0 0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><g is=\\\"true\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-6B\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(521,0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-67\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(477,-150)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-77\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(506,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-61\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(881,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-74\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(1136,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-65\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(1466,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMATHI-72\\\"></use></g></g></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(2884,0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use is=\\\"true\\\" xlink:href=\\\"#MJSZ1-28\\\"></use><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(458,0)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use xlink:href=\\\"#MJMATHI-6D\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(878,362)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMAIN-33\\\"></use></g></g><use is=\\\"true\\\" x=\\\"1790\\\" xlink:href=\\\"#MJSZ1-29\\\" y=\\\"-1\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(2249,577)\\\"><g is=\\\"true\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMAIN-2212\\\"></use></g><g is=\\\"true\\\" transform=\\\"translate(550,0)\\\"><use transform=\\\"scale(0.707)\\\" xlink:href=\\\"#MJMAIN-31\\\"></use></g></g><g is=\\\"true\\\" 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摘要

大气集水(AWH)已成为缓解全球重大水资源问题的一项重要技术。吸附式大气集水(SAWH)的进展主要集中在新型材料上,往往忽略了系统层面的考虑。我们介绍了首款紧凑型快速循环燃料燃烧(CRCF)AWH 设备。CRCF 设备将富马酸铝 MOF 装入紧凑型吸附热交换器 (AHX),使用燃料燃烧和环境冷却冷凝器。CRCF 原型旨在最大限度地提高容积生产密度(PvPv),即 AHX 单位体积的日产水量(kgwater(m3)AHX-1day-1kgwater(m3)AHX-1day-1)。与纯太阳能驱动的系统相比,燃料可实现每日连续循环,并减少系统占地面积。计算模型用于优化吸附截断和吸附剂鳍片厚度(τ),以获得最大的水生产率(P)或 PvPv,这证明了 CRCF 的潜力。与最先进的基于金属有机框架的多循环无制冷 SAWH 设备相比,CRCF 的日水生产率可达到 3.19 kgwaterkgMOF-1day-1kgwaterkgMOF-1day-1,PvPv 可达到 718(kgwater(m3)AHX-1day-1kgwater(m3)AHX-1day-1),P 和 PvPv 分别提高了 1.5 倍和 2.1 倍。
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Compact rapid cycling fuel-fired atmospheric water harvesting device for all-day water production

Atmospheric water harvesting (AWH) has emerged as a vital technology in alleviating the significant water struggles around the globe. Advances in sorption-based AWH (SAWH) primarily focus on novel materials, often overlooking system-level considerations. We introduce the first-of-its-kind compact rapid cycling fuel-fired (CRCF) AWH device. The CRCF device packages aluminum fumarate MOF into a compact adsorbent heat exchanger (AHX), which uses fuel combustion and an ambiently cooled condenser. The CRCF prototype was designed to maximize volumetric production density (Pv), defined as the daily water production per unit volume of the AHX (kgwater(m3)AHX1day1). Fuel enables continuous daily cycling and reduces the system footprint relative to a purely solar-driven system. A computational model is used to optimize the adsorption truncation and the thickness of sorbent fins (τ) for maximum water productivity (P) or Pv demonstrating the potential of CRCF. A daily water productivity of 3.19 kgwaterkgMOF1day1 or a Pv of 718 (kgwater(m3)AHX1day1) can be achieved representing an improvement of 1.5× and 2.1× in P and Pv relative to state-of-the-art metal organic framework-based multi-cycle SAWH devices operating without refrigeration.

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来源期刊
Cell Reports Physical Science
Cell Reports Physical Science Energy-Energy (all)
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期刊介绍: Cell Reports Physical Science, a premium open-access journal from Cell Press, features high-quality, cutting-edge research spanning the physical sciences. It serves as an open forum fostering collaboration among physical scientists while championing open science principles. Published works must signify significant advancements in fundamental insight or technological applications within fields such as chemistry, physics, materials science, energy science, engineering, and related interdisciplinary studies. In addition to longer articles, the journal considers impactful short-form reports and short reviews covering recent literature in emerging fields. Continually adapting to the evolving open science landscape, the journal reviews its policies to align with community consensus and best practices.
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