取水新思維~從空氣找水喝~(一)

BBC NEWS中文2018年 9月 21日報導
蒂姆·斯梅德利Tim Smedley

瓦爾卡塔,WARKA WATER
從乾燥的沙漠到潮濕的城市,所有空氣中都含有水汽,全球估計有3,100立方英里(1.29萬立方千米)的水以濕氣的形式漂浮在我們周圍的空氣裏,水量多於北美最大的湖泊蘇必利爾湖(Lake Superior,1.16萬立方千米),或者差不多相當於5個維多利亞湖(Lake Victoria,非洲最大湖泊,2700立方千米)。或者,是尼斯湖(Loch Ness)的418倍之巨。

但我們說的並不是雲,而是我們所呼吸的空氣中的濕氣,它可以化成冷飲杯身上的水珠,或是草葉上的晨露。將這些濕氣作為飲用水加以採集的技術競賽,眼下正在展開。如果新出現的「空氣水」設備能夠破解這個難題,將會在解決世界淡水問題上大有作為。

到2025年,世界三分之二的人口(而且在快速增長中)將嚴重缺水。目前,已經有21億人缺乏乾淨的飲用水。最貧窮的人明知道水不安全卻別無選擇不得不喝,並為此付出了高昂的代價,受污染的飲用水每年導致50萬人死於腹瀉。而富裕些的國家,因為集約化的農業和工業,比貧窮國家消耗的水量更多,地下水和地表水的消耗速度均超過了補給速度。

除此之外,還有信任問題,民眾懷疑當局在水質安全上不說實話。在美國密歇根州弗林特市,人們發現自來水含有放射性物質,以及砷和鉛。中產階級轉而喝瓶裝水。自2013年以來,全球瓶裝水市場每年增長10%,2017年銷售量達到3910億升(比15萬個奧運游泳池的水量加起來還要多)。

減少疾病和貧困迫切需要一個可行的、無需電網供電的淡水來源,而且對富裕消費者也很有吸引力。

在美國密歇根州弗林特市,民眾對水質的擔憂引發了大規模抗議,GETTY IMAGES

從無形的空氣中抽出水來並不是什麼新概念,你家裏可能有除濕機,它就在做這件事。但它收集的水不乾淨,也不含人體所需的礦物質,耗能對於滿足一戶家庭的用水需求也是不現實的,就更別說整個社區了。

不過,有幾家企業採用了除濕機的技術來收集飲用水。機械除濕設備包含充滿了制冷氣體的制冷金屬盤管,跟廚房的冰箱非常像,製造出一個「露點」(指空氣中的水汽飽和,水從氣態變成液態的溫度,冰鎮飲料杯身上的水珠就是這種變化)。進入空氣水裝置的水汽以相同的方式冷凝在制冷盤管裏,但還要經過過濾、紫外線消毒、礦化,然後才儲存在食品級的水箱中以供飲用。

加拿大的水務顧問沃爾格倫(Roland Wahlgren)一直在自己的網站Atmoswater.com上更新著空氣水的最新成果。在他數據庫中保持活躍的71家企業當中,有64家專注於機械制冷,令機械制冷成為了市場的主流技術。沃爾格倫估計,耗電量大多為每升水0.4千瓦時(按美國目前的電費計算為每升水5.2美分)。

以南非企業Water from Air為例,它生產的家用空氣水飲水機每天可以生產32升水。與傳統飲水機相比,好處是不用總換塑料水桶,它可以自己從無形的空氣裏汲取水。還有印度的WaterMaker公司,產品型號從小型到大卡車尺寸的都有,後者"適合村莊(和)封閉社區"。

然而,要想發揮最佳效能,很多設備還需要一些重要條件。比如,效率高低通常取決於相對濕度——空氣中的水分含量與達到飽和所需水量的百分比。對於大多數設備而言,相對濕度超過60%才能獲得最理想的效果,如果你住在哥斯達黎加就沒問題,濕度通常達到90%甚至更高;如果你住在伊朗,就不那麼理想了,伊朗的濕度可能會降到17%。但一家名為Requench的英國新企業將於今年(2018年)晚些時候進入市場,它推出的設備大小相當於一個集裝箱,據說在相對濕度只有15%的情況下也能運轉。樣機在潮濕環境下每天可生產2000升水,即使氣候乾燥也不少於500升。

另一種解決方案則可能採用完全不同的空氣水技術。它不使用制冷盤管,改用「乾燥劑」材料,像一塊化學海綿般從空氣裏吸收水分,而且零耗能。這種技術最近才從研發走向商品化,沃爾格倫說:「乾燥劑系統可以採用更便宜的原材料,所以生產同樣多的水,成本可能比機械除濕技術更低……(而且)對濕度的要求也沒那麼高。」

2014年,美國亞利桑那州立大學(Arizona State University)材料科學副教授弗裏森(Cody Friesen)創辦了Zero Mass Water公司,產品Source是一塊小型屋頂太陽能板(他稱之為「水力板」),裏面放入了乾燥劑。

「我們的乾燥劑由我在亞利桑那州立大學的研究小組研發,」弗裏森說。他在亞利桑那的荒漠環境里長大,對節水天生就感興趣。「需要一種能在濕度極低時吸收水分的東西,哪怕濕度只有5%。」例如,如果不蓋上糖碗的蓋子,糖就會結塊。糖是一種天然的乾燥劑,但速度很慢。試想現在有一種工程材料,乾燥的速度非常快。

乾燥劑的材料成分是商業機密,不過他說裏面混合了氯化鋰和有機離子。太陽能板本身含有光伏材料,發動一個小風扇將空氣吸入系統,但制水主要是靠太陽能將水從「化學海綿」中蒸發出來,以便冷凝和收集。它不需要制冷盤管來冷凝,因為外部的"環境"溫度本身就低於太陽能板的溫度。

(待續)


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 引用出處:BBC NEWS中文《取水新概念:從空氣中的巨大湖泊裏取水喝》