捕霧集水

皮特.迪茲克斯

地球上不含鹽分的水有三分之一散布在空氣中，收集空氣中的水，是解決缺水問(wèn)題的一個(gè)途徑。如果“捕霧集水”的技術(shù)發(fā)展到足夠成熟，借此能夠得到數(shù)量可觀的水

在非洲西部的納米布沙漠里生活著一種甲殼蟲，這些被稱為“納米布甲殼蟲”的小動(dòng)物僅有拇指甲大小，它們外形上最大的特點(diǎn)，就是背上有很多麻點(diǎn)樣的凸起物，或大或小，密密麻麻。

任何生命都離不開水，那么，在茫茫的沙漠里，這些甲殼蟲是通過(guò)什么方式來(lái)尋找水的呢？英國(guó)牛津大學(xué)的安德魯·帕克和QinetiQ技術(shù)公司的克里斯·勞倫斯發(fā)現(xiàn)了其中的秘密。他們?cè)凇蹲匀弧冯s志上發(fā)表研究報(bào)告指出，納米布沙漠多風(fēng)、少雨，然而大霧卻十分常見。這種小蟲子尋找水的奧秘就在霧中。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，甲殼蟲身上的麻點(diǎn)就像一座座“山峰”，麻點(diǎn)與麻點(diǎn)之間就是“山谷”。在電子顯微鏡下可以看到，在麻點(diǎn)和“山谷”表面，布滿了覆蓋著蠟樣外衣的微小球狀物，這些球狀物形成防水層。當(dāng)大霧來(lái)臨時(shí)，這種沙漠甲殼蟲身體倒立，此時(shí)，它們背上的麻點(diǎn)就有用途了：霧中的微小水珠會(huì)凝聚在這些麻點(diǎn)上，具有防水層的“山谷”連在一起則構(gòu)成“水槽”，凝集在外殼上的水就會(huì)順著“水槽”流下，慢慢地、一點(diǎn)一滴地最終流入到甲殼蟲的口中。

科學(xué)家們觀察到這個(gè)精巧、細(xì)微的過(guò)程，他們不僅感嘆大自然中生命的頑強(qiáng)和艱辛，受此啟發(fā)，模擬甲殼蟲飲水的過(guò)程制作了集水裝置：在集水器的表面鋪上一層蠟，并安裝上一些很小的玻璃珠。與普通平面玻璃的表面相比，這樣的集水器集水量大。帕克說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)將來(lái)不僅可能用于減少機(jī)場(chǎng)的大霧，而且可以集水灌溉，還可用于多霧干旱的地區(qū)收集飲用水。

就這樣，受一只小蟲子的啟發(fā)，一門新的技術(shù)體系——“霧水工程”正在世界上一些國(guó)家和地區(qū)悄然興起。

“捕霧”的原理

水資源的短缺是一個(gè)全球性的問(wèn)題：據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）和聯(lián)合國(guó)兒童基金會(huì)（UNICEF）估計(jì)，目前全世界有9億人無(wú)法獲得安全的飲用水。

在麻省理工學(xué)院（MIT），西里讓·哈特里（Shreerang Chhatre）是專門從事霧水收集研究的工程師，他的目標(biāo)就是要把納米布甲殼蟲霧中取水的“絕活”進(jìn)一步提高，應(yīng)用到世界上一些貧窮的地區(qū)。如果這項(xiàng)技術(shù)得到應(yīng)用，那些生活在貧窮鄉(xiāng)村的人們?cè)诩议T口就可以得到清潔的生活用水，而不再要花費(fèi)幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間去遠(yuǎn)方的水井或者河流里取水。

其實(shí)，霧水工程的原理非常簡(jiǎn)單。霧是由密度很大的細(xì)小水珠組成的。它可以吸附在各種物體的表面，遇冷就會(huì)結(jié)成大的水珠，然后凝聚成水。露水就是由霧遇冷而凝結(jié)成的。為了從霧中大量取水，比較簡(jiǎn)單的辦法是用散熱快的金屬（如鋁）制成表面光潔的圓筒，豎立于多霧的空氣中，其表面附著的霧很快便凝聚成水，不斷地往下流淌，源源不斷地生成淡水。

哈特里設(shè)計(jì)的“捕霧”裝置和普通的集水器不同，它是由網(wǎng)格狀面板組成的，這些收集霧水的面板和承載水滴的容器相連。他的這一裝置所使用的材料大大提高了集水的效率?！拔业捻?xiàng)目技術(shù)部分已經(jīng)完成?！惫乩镎f(shuō)，他現(xiàn)在正在制定實(shí)施這一項(xiàng)目的商業(yè)計(jì)劃。

從1990年代開始，人們就對(duì)“捕霧”技術(shù)產(chǎn)生了興趣，到了21世紀(jì)初，科學(xué)家們受納米布甲殼蟲的啟發(fā)，對(duì)這一技術(shù)產(chǎn)生了新的思路，使之有可能用于人類。目前，加拿大的非營(yíng)利性組織“探霧”（FogQuest）已經(jīng)在智利和危地馬拉建立了試驗(yàn)項(xiàng)目。

哪些地方適合“捕霧”

在沙漠地區(qū)和一般性陸地，晚上濕度大；而在海島及海洋中（如艦船上），白天、夜晚的濕度都很大。上述地方，均可因地制宜地利用上述原理從霧中取水。目前，很多國(guó)家開始在艦船上采用這項(xiàng)技術(shù)，以在漫長(zhǎng)的海上航程中不斷地補(bǔ)給淡水。

在一些多霧地區(qū)，這種方法的效果更為理想。比如，在南美洲智利圣地亞哥以北的瓊貢果村，地處阿塔卡馬沙漠，白天氣溫很高，雨水稀少，年降水量?jī)H有400毫米，生產(chǎn)和生活用水十分緊張。但此地區(qū)是一個(gè)多霧區(qū)域，且濕度很大?？茖W(xué)家在山腰上裝置了巨大的霧水轉(zhuǎn)換裝置——網(wǎng)眼極細(xì)的塑料纖維巨網(wǎng)，每夜可采水1萬(wàn)多升，在多霧季節(jié)每晝夜甚至可采水10多萬(wàn)升，從而解決了當(dāng)?shù)鼐用竦挠盟щy。

霧水收集技術(shù)具有很大的推廣價(jià)值。中國(guó)也有很多著名的“霧都”，如果能夠把這一技術(shù)利用到那些地方，將會(huì)產(chǎn)生良好的效果。例如，江西廬山全年平均霧日為192天。每年5～6月多霧季節(jié)，每月的有霧日達(dá)20天，7月少霧也有13天。廬山北依長(zhǎng)江，東南毗鄰鄱陽(yáng)湖，西南部與丘陵山區(qū)相連，地形作用生成的霧極為頻繁。

但是廬山在江南梅雨季節(jié)過(guò)后，霧多雨少，干旱抬頭，小溪干涸。由于干旱，山上的云霧茶和蔬菜的生長(zhǎng)受到影響。廬山上水庫(kù)的蓄水也只能保障人們的生活用水，無(wú)法滿足茶樹和蔬菜生長(zhǎng)用水。于是，廬山云霧觀測(cè)站的專家們提出，開發(fā)霧水資源，從霧中取水，解決植物需水問(wèn)題。

廬山不僅霧日多，霧中的含水量也比較豐富，濃霧的含水量可達(dá)1克/m3～3克/m3。濃霧出現(xiàn)可持續(xù)10～30小時(shí)之多。在山上生活和工作的人們都有這種感覺(jué)，在霧中行走時(shí)頭發(fā)和眉毛都出現(xiàn)水珠。在松柏樹下停留時(shí)，就看到霧水滴從樹枝上掉下，時(shí)間長(zhǎng)了，衣服都會(huì)變濕。濃霧中的微小水滴沉降在松柏葉上，逐漸積累、匯集在一起，從葉面上流下，宛如雨滴。按照專家們提出的方法，廬山林場(chǎng)的工人把木制的容器放在松柏樹下，一夜之間就有20千克～30千克的霧水落入容器中，用這樣簡(jiǎn)單的集水方法，就可以解決局部云霧茶和蔬菜的供水問(wèn)題。

捕霧集水的前景

作為化學(xué)工程師，哈特里重點(diǎn)研究材料的“親水性”，也就是尋找那些對(duì)液體具有吸收或者排斥作用的材料。麻省理工學(xué)院化學(xué)工程系、機(jī)械工程系的科學(xué)家在這方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，他們發(fā)明了多種具有良好親水性的織物和涂層。

用于收集霧水的材料必須具有“吸納”和“排斥”水的兩種特性。比如，納米布甲殼蟲身體外殼上的麻點(diǎn)是吸水的，而麻點(diǎn)之間形成的“山谷”起到水槽一樣的作用，其表面是疏水的。這樣一來(lái)，凸起的麻點(diǎn)吸來(lái)水以后，在通過(guò)“水槽”流出的過(guò)程中不會(huì)被吸收，從而能讓水到達(dá)甲殼蟲的嘴里。

你可能很難想象通過(guò)“捕霧”得到的水，能達(dá)到供人們使用的數(shù)量?！暗?，我們開發(fā)的捕霧裝置用的是同樣的原理，”哈特里說(shuō)，在大型的捕霧裝置中，人們并不使用和甲殼蟲體表一樣的硬殼樣材料，而是使用網(wǎng)格狀的材料，這樣做的目的是防止風(fēng)把材料表面收集到的水帶走?！霸谶@方面，甲殼蟲給人們創(chuàng)造捕霧技術(shù)帶來(lái)靈感，但是我們并不能照搬它的方式，因?yàn)榧讱はx所需要的飲用水畢竟只是極少量的，而我們則需要盡可能地從霧中捕獲大量的水?！?/p>

在野外實(shí)驗(yàn)中，每平方米的網(wǎng)格狀捕霧裝置一天可以獲得1升水。哈特里和他的同事們正在實(shí)驗(yàn)室研究中對(duì)這一裝置的集水能力做進(jìn)一步的提高。

“探霧”工程的工作人員梅麗莎·羅薩托說(shuō)，“技術(shù)并非捕霧項(xiàng)目的唯一問(wèn)題，你必須在一開始說(shuō)服當(dāng)?shù)厝藚⑴c這個(gè)項(xiàng)目。”梅麗莎作為“探霧”的項(xiàng)目經(jīng)理已經(jīng)在危地馬拉山區(qū)的村莊安裝了36個(gè)網(wǎng)狀捕霧集水設(shè)施，共為150人提供了生活用水。

除了進(jìn)行試驗(yàn)研究工作，哈特里也在分析哪些組織可能投資和使用他們的產(chǎn)品，因?yàn)樗麄兊哪繕?biāo)人群顯然是那些沒(méi)錢的人。他認(rèn)為，除了邊遠(yuǎn)缺水地區(qū)的人們，環(huán)保組織也可能對(duì)此技術(shù)有興趣。

哈特里所加入的麻省理工學(xué)院Legatum發(fā)展與創(chuàng)業(yè)中心主任契巴爾·卡德爾說(shuō)，“地球上不含鹽分的水有三分之一散布在空氣中，收集空氣中的水，是解決缺水問(wèn)題的一個(gè)途徑，而且這些水不需要運(yùn)輸。因而，如果捕霧集水的技術(shù)發(fā)展到足夠成熟，借此能夠得到數(shù)量可觀的水，也許將來(lái)它具有商業(yè)價(jià)值?！笨ǖ聽栒J(rèn)為，捕霧集水技術(shù)能夠同時(shí)解決很多問(wèn)題，畢竟江河湖海里的水也是來(lái)自于空氣中。

哈特里承認(rèn)，無(wú)論在技術(shù)上還是商業(yè)上，捕霧集水的技術(shù)都尚不成熟。他說(shuō)，“這項(xiàng)工作的前景是開放式的，一切都在進(jìn)展當(dāng)中?！薄?/p>