太陽能海水淡化能否解地球之渴？

KevinFagan 李雨蒙

在美國西部的中央山谷里，塵土飛揚(yáng)的曠野中矗立著一臺(tái)閃耀的太陽能處理機(jī)正在處理污水，以解決加州現(xiàn)在的缺水危機(jī)。這家名為WaterFX的太陽能海水淡化工廠，為美國Panoche市的排水系統(tǒng)進(jìn)行水處理，將含鹽和污染的灌溉用水凈化為純凈水。

現(xiàn)在，WaterFX每天能夠生產(chǎn)14000加侖的凈水。WaterFX公司的聯(lián)合創(chuàng)始人AaronMandell表示，5年之內(nèi)公司將擴(kuò)大規(guī)模，計(jì)劃處理水容量達(dá)到圣金華河谷水量的10倍。

而當(dāng)?shù)剞r(nóng)民為什么愿意購買他們的水呢？因?yàn)閬碜訵aterFX太陽能處理過的水的價(jià)格僅是傳統(tǒng)海水淡化水價(jià)格的1/4。一英畝英寸相當(dāng)于一英畝土地灌溉一英寸水，足夠供應(yīng)兩個(gè)四口之家一年的用水量。

具有競爭力的價(jià)格

在雨量多的年份，WaterFX的水價(jià)會(huì)接近農(nóng)民給出的價(jià)格，對于Panoche市和其他河谷地區(qū)的水價(jià)格大約在每英畝英寸300美元。相比加州其他17家傳統(tǒng)海水淡化廠的水價(jià)，WaterFX的價(jià)格更具有競爭優(yōu)勢。

如果WaterFX計(jì)劃實(shí)現(xiàn)，那么Mandell創(chuàng)業(yè)起步的這個(gè)農(nóng)業(yè)小城將成為美國歷史上最具革命性創(chuàng)新的水處理新起點(diǎn)。

“如果最終一切能夠按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)，那么加州會(huì)成為水資源豐富的地區(qū)，甚至可以出口水資源，不用再擔(dān)心水資源短缺的問題。”Mandell表示。長525英寸的太陽能反光板是海水淡化機(jī)的核心部分。Mandell說到：“我們所生產(chǎn)的是具有可持續(xù)、可擴(kuò)展以及價(jià)格實(shí)惠的水源。”

干旱補(bǔ)給

如同中央山谷的其他區(qū)域一樣，Panoche是美國產(chǎn)量最高的農(nóng)業(yè)地區(qū)。其以往的灌溉用水一直從聯(lián)邦政府的中央山谷工程購買。可是，遇到干旱的年份，農(nóng)民可能從水利工程中買不到水；或是等著剩余的水儲(chǔ)備，這樣的現(xiàn)貨儲(chǔ)備比普通的水更加昂貴，高達(dá)每英畝英寸3500美元。這種情況下，對于任何農(nóng)業(yè)都是巨大的影響，如果此時(shí)出現(xiàn)任何水資源供給都十分難得可貴。

處理過程簡單

實(shí)際上，太陽能海水淡化的處理過程非常簡單，這也是經(jīng)過處理的水價(jià)格低廉的原因。首先，工廠收集從附近山丘流出的水，以及灌溉后進(jìn)入中央山谷土壤里的水，這些水中包括了大量的鹽、硒、硼和其他礦物質(zhì)，都是無法被人體所消化吸收的。太陽能工廠在農(nóng)作物下6-8英寸的排水溝里取出灌溉水，以及山間水流后，通過特定的管道輸送這些受污染的水源并進(jìn)行加熱。

而熱源來自于工廠里巨大、拋物線型的太陽能反光板，經(jīng)過含有礦物油的長管道采集太陽能。接下來，具有熱能的管道會(huì)產(chǎn)生蒸汽，然后將苦咸水濃縮成可用的淡水，并分離出多種礦物質(zhì)。

而傳統(tǒng)的海水淡化廠，比如在美國圣地亞哥的工廠的水處理成本高達(dá)10億美元，他們運(yùn)用反滲透技術(shù)進(jìn)行水處理，通過多種管道擠壓過濾出污染物。這個(gè)過程將耗費(fèi)大量的能源，會(huì)造成巨額的成本。

緩解水土流失

目前，WaterFX公司正在規(guī)劃和建設(shè)可年處理16億加侖農(nóng)業(yè)含鹽灌溉水的太陽能海水淡化設(shè)施，進(jìn)一步緩解美國加州中央山谷正面臨的旱情。農(nóng)作物從土壤中汲取水分的成分類似純凈水，剩余的有毒礦物質(zhì)通過太陽能處理器提取后，可以有效緩解并消除加州近年來發(fā)生的耕地流失現(xiàn)象，同時(shí)也可以保護(hù)排水系統(tǒng)免受含鹽灌溉水污染并保護(hù)野生動(dòng)物。根據(jù)加州水資源管理委員會(huì)統(tǒng)計(jì)，約有9493英里的河流和513130英畝以上的湖泊和水庫已經(jīng)被農(nóng)業(yè)灌溉水污染。

WaterFX的MatthewStuber表示：“如果現(xiàn)在我們不將地下灌溉水中的鹽分分離出來，未來加州至少有10%的可利用耕地將因污染而不再適合耕種，而且這一數(shù)字在很多區(qū)域甚至?xí)哌_(dá)30%-40%，尤其是在中央山谷西部一些鹽度非常高的地區(qū)。含有鹽分的農(nóng)業(yè)灌溉水會(huì)以極快的速度污染地下水以及地表水，最終污染飲用水源和自然環(huán)境。一旦含鹽灌溉水被釋放到環(huán)境中，會(huì)嚴(yán)重破壞野生動(dòng)植物的棲息地并危及它們的生命。”

看完上述WaterFX公司開發(fā)的太陽能海水淡化項(xiàng)目，另一個(gè)位于沙特阿拉伯的大型太陽能海水淡化項(xiàng)目也同樣值得我們關(guān)注。這一項(xiàng)目由西班牙著名的可再生能源公司阿本戈負(fù)責(zé)開發(fā)，將于2017年初完工。該項(xiàng)目每天可以為沙特東北部城市AlKhafji供應(yīng)60000立方米的淡水，能夠保證這個(gè)非常干旱的地區(qū)全年得到充足的淡水供應(yīng)。

阿本戈公司表示，如今沙特阿拉伯現(xiàn)有的海水淡化設(shè)施每天的產(chǎn)水量可以滿足該國50%-70%的淡水需要，但運(yùn)行這些設(shè)施每天需要消耗150萬桶石油，因此將太陽能與海水淡化相結(jié)合之后能夠顯著地降低海水淡化項(xiàng)目的運(yùn)營成本。根據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，到2030年沙特阿拉伯及其周邊國家海水淡化生產(chǎn)淡水量將達(dá)到1.1億立方米。

另外，根據(jù)彭博社日前報(bào)道，阿本戈將斥資1.3億美元投建全球最大太陽能供電海水淡化廠，并將與沙特本土一家水技術(shù)公司合作，充分利用沙特日照充足的優(yōu)勢，幫助該國盡快走出缺水的困境。

這座全球最大太陽能海水淡化廠項(xiàng)目，將包括一座太陽能電站、一套降低能耗和預(yù)先處理當(dāng)?shù)睾Ｋ南到y(tǒng)。根據(jù)阿本戈介紹，這套優(yōu)化功耗及預(yù)處理系統(tǒng)，可以稀釋高濃度的鹽及消除海水中的油脂與脂肪。

一直以來，阿本戈都對發(fā)展中東地區(qū)的可再生能源和可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域情有獨(dú)鐘，投建和運(yùn)營了多座太陽能電站。除了沙特這座太陽能海水淡化工廠，還在阿曼投建同類型的海水淡化廠。

有分析師指出，采用太陽能發(fā)電站向海水淡化工藝供電是一個(gè)全球性的先驅(qū)項(xiàng)目，可大幅削減工廠的運(yùn)營成本。事實(shí)上，業(yè)內(nèi)正在嘗試將聚光太陽能發(fā)電（CSP）技術(shù)和海水淡化技術(shù)融合。

對于那些人口持續(xù)增長、水資源短缺的國家而言，尋找新淡水資源刻不容緩。太陽能海水淡化技術(shù)相對于傳統(tǒng)海水淡化技術(shù)的主要優(yōu)勢在于，能量消耗少，污染小、成本低等優(yōu)勢，甚至可以單獨(dú)設(shè)置于海島等區(qū)域。充分利用太陽能海水淡化技術(shù)能夠產(chǎn)生無限可再生能量。除了農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水方面的使用外，淡化后的海水還能夠直接飲用。