極度缺水的卡塔爾如何“用能源換水源”？

彭丹妮　李金津

中國(guó)能建葛洲壩集團(tuán)承建的卡塔爾供水工程E標(biāo)全景。圖/中國(guó)能源建設(shè)股份有限公司

2022年11月20日，世界杯在卡塔爾開(kāi)幕。因?yàn)檠谉岬纳衬畾夂颍澜绫状螐南募靖臑槎九e辦。為了適應(yīng)這種氣候，一些開(kāi)支注定是高昂的，比如，草坪的維護(hù)。

卡塔爾的沙漠和混凝土中點(diǎn)綴著一片片綠色，這是本次世界杯需要的144塊綠地：8個(gè)球場(chǎng)和136個(gè)訓(xùn)練場(chǎng)地，它們由一支球場(chǎng)管理員組成的精悍隊(duì)伍維護(hù)?？ㄋ柷锛镜臍鉁匾廊桓哌_(dá)40℃，為確保這個(gè)沙漠國(guó)家的球場(chǎng)草坪在世界杯期間茁壯成長(zhǎng)，球場(chǎng)管理員從9月份就開(kāi)始使用噴嘴向草坪吹冷空氣。

自2007年以來(lái)，蘇丹土木工程師海賽姆·沙里夫一直在卡塔爾的球場(chǎng)工作。今年初，他接受采訪時(shí)介紹，為了世界杯，卡塔爾每年用專門(mén)的恒溫飛機(jī)從美國(guó)空運(yùn)140噸草籽，然后用淡化的海水澆灌球場(chǎng)；每個(gè)球場(chǎng)在冬季每天需要10000升淡化水，在夏季每天則需要高達(dá)50000升來(lái)進(jìn)行維護(hù)。為預(yù)防緊急情況，卡塔爾首都多哈北部的一個(gè)農(nóng)場(chǎng)還種植了42.5萬(wàn)平方米的預(yù)備草坪，面積相當(dāng)于40個(gè)標(biāo)準(zhǔn)足球場(chǎng)——這部分草坪的用水還沒(méi)有記錄。

對(duì)卡塔爾來(lái)說(shuō)，這些有關(guān)用水的數(shù)據(jù)格外重要。卡塔爾全年干旱少雨，年均降雨量不足100毫米。在這一油氣資源非常豐富的國(guó)家，淡水反而成為一種稀缺資源。為了這次為期28天的大型國(guó)際賽事，在當(dāng)?shù)毓┧到y(tǒng)工作了7年的中國(guó)工程師、中國(guó)葛洲壩集團(tuán)卡塔爾蓄水池項(xiàng)目部負(fù)責(zé)人王少華告訴《中國(guó)新聞周刊》，這里道路、公共交通系統(tǒng)等方面都斥資大量建設(shè)，當(dāng)然，短板的、頗為挑戰(zhàn)的供水系統(tǒng)也早有了安排。

根據(jù)世界資源研究所2019年發(fā)布的一份分析報(bào)告，17個(gè)國(guó)家的近18億人正面臨水資源危機(jī)，未來(lái)幾年可能會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重短缺。這17個(gè)國(guó)家中，有12個(gè)在中東和北非，卡塔爾就是其中一個(gè)。

卡塔爾降水量有時(shí)會(huì)低至82毫米/年，但是蒸發(fā)量卻為2000毫米/年，人均供水量低于每年人均1000立方米的國(guó)際貧水線。世界資源研究所指出，缺水國(guó)家水供應(yīng)本就處在低位，但不斷增長(zhǎng)的需求正在將各國(guó)推入極端壓力。

王少華在中東工作了近19年，他告訴《中國(guó)新聞周刊》，因?yàn)榻涤炅可?、沒(méi)有河流，這些國(guó)家都非常缺乏淡水資源。由于供水不是很穩(wěn)定，基本上中東國(guó)家每家每戶都會(huì)在房頂上放一個(gè)密封的大水缸。另一方面，因?yàn)楸容^富裕，尤其是卡塔爾、阿聯(lián)酋這種海灣國(guó)家，人均用水量卻很高。

海灣阿拉伯國(guó)家合作委員會(huì)（GCC）成員國(guó)是全世界水資源消耗最高的國(guó)家。GCC簡(jiǎn)稱“海合會(huì)”，是波斯灣地區(qū)6個(gè)國(guó)家的政府間國(guó)際組織，成員國(guó)包括巴林、科威特、阿曼、卡塔爾、沙特阿拉伯和阿聯(lián)酋。例如，在阿聯(lián)酋，盡管其每年平均降雨量不到100毫米，人們每天的用水量卻達(dá)到約500升，比全球平均水平高出50％；在迪拜噴泉展上，每半個(gè)小時(shí)就有超過(guò)83000升水被噴到相當(dāng)于50層樓的高度。

王少華說(shuō)，國(guó)內(nèi)北方和南方每人每天用水量大約分別是250升、350升；而在卡塔爾，每人每天用水量能達(dá)到500～1000升，除了用來(lái)盥洗、洗衣服，大量的水要用于種樹(shù)、洗車、維護(hù)游泳池等。

位于阿拉伯灣西海岸卡塔爾半島上的卡塔爾，國(guó)土面積約1.15萬(wàn)平方公里，大小與青島市相當(dāng)，下屬行政區(qū)為8個(gè)自治市。按2021年數(shù)據(jù)來(lái)看，其人口總數(shù)為293萬(wàn)人，大約是青島市的四分之一。

世界杯期間，卡塔爾預(yù)計(jì)將迎來(lái)150萬(wàn)～175萬(wàn)名外國(guó)球迷和游客，這接近本國(guó)居住者人數(shù)的一半。據(jù)美聯(lián)社11月10日?qǐng)?bào)道，世界杯期間，卡塔爾的供水量預(yù)計(jì)將增加10％。

卡塔爾是面臨水資源短缺風(fēng)險(xiǎn)最大的國(guó)家，該國(guó)嚴(yán)重依賴海水淡化系統(tǒng)。據(jù)卡塔爾政府門(mén)戶網(wǎng)站2020年的信息，該國(guó)依賴三個(gè)來(lái)源供水：淡化的海水、地下水和處理后再利用的水，其淡化水產(chǎn)量在過(guò)去二十年翻了兩番。根據(jù)該國(guó)規(guī)劃和統(tǒng)計(jì)部門(mén)2019年數(shù)據(jù)，海水淡化水約占其總供應(yīng)量的60％，家庭用水幾乎都是淡化海水。

目前，全世界大約有1.6萬(wàn)個(gè)海水淡化工廠，主要分布在世界各地的海岸線上，但最高產(chǎn)的工廠位于中東國(guó)家。

卡塔爾修建的最新一座海水淡化廠是位于多哈南部的烏姆阿爾胡爾火電和海水淡化綜合項(xiàng)目，其投資建設(shè)成本為27.5億美元，于2018年投入運(yùn)營(yíng)，淡化產(chǎn)能約合61.8萬(wàn)立方米/天，可滿足該國(guó)30％用水需求。2021年，卡塔爾宣布，烏姆阿爾胡爾將啟動(dòng)擴(kuò)建項(xiàng)目，屆時(shí)將滿足該國(guó)30％的電力需求和40％的淡水需求，是實(shí)現(xiàn)卡塔爾水安全的戰(zhàn)略性國(guó)家項(xiàng)目。

自20世紀(jì)50年代海水淡化技術(shù)應(yīng)用以來(lái)，海灣阿拉伯國(guó)家合作委員會(huì)國(guó)家一直是這一領(lǐng)域的先鋒。目前全世界43％的海水淡化產(chǎn)能來(lái)自于這一組織。英國(guó)環(huán)境、漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖科學(xué)中心的中東項(xiàng)目主任威爾·勒奎恩近日在接受《衛(wèi)報(bào)》采訪時(shí)說(shuō)，如果把海合會(huì)國(guó)家的海水淡化能力作為一個(gè)整體來(lái)看，經(jīng)處理的海水水量大約是泰晤士河流量的四倍。

根據(jù)卡塔爾大學(xué)先進(jìn)材料中心教授哈馬杜·拉赫曼等人在2018年發(fā)表的文章，卡塔爾最早的海水淡化設(shè)施建成于1953年，截至2018年，該國(guó)合計(jì)有13個(gè)海水淡化廠。

全球接近一半海水淡化產(chǎn)能分布在富裕的海灣國(guó)家，是因?yàn)檫@些國(guó)家完美擁有發(fā)展海水淡化技術(shù)的幾個(gè)必要條件：豐富的能源、靠近海水、足夠有錢(qián)?！都~約時(shí)報(bào)》2019年的文章中寫(xiě)道，海水淡化在很大程度上僅限于較富裕的國(guó)家，尤其是那些化石燃料充足且可以使用海水的國(guó)家。而在低收入國(guó)家，應(yīng)用這一技術(shù)幾乎沒(méi)有可能。

根據(jù)世界銀行統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2021年，卡塔爾人均GDP為6.1276萬(wàn)美元；根據(jù)世界人口綜述網(wǎng)站2022年人均GDP總值預(yù)測(cè)，卡塔爾排名全球第四。

卡塔爾擁有相當(dāng)豐富的石油和天然氣資源。作為OPEC組織第11大原油生產(chǎn)國(guó)，卡塔爾原油產(chǎn)量?jī)H占該組織總產(chǎn)量的2％。但卡塔爾是世界第一大液化天然氣生產(chǎn)和出口國(guó)，其天然氣總儲(chǔ)量更是排名全球第三，僅次于俄羅斯和伊朗。

天津大學(xué)化工學(xué)院教授、海水淡化專家王志向《中國(guó)新聞周刊》介紹，海水淡化主流技術(shù)包括反滲透技術(shù)（也叫膜法或者膜技術(shù)）、多級(jí)閃蒸技術(shù)和多效蒸餾技術(shù)，后兩者都屬于蒸餾法，通過(guò)加熱方式實(shí)現(xiàn)脫鹽。反滲透海水淡化采用電，通過(guò)大型管道從海洋中汲取水，并將水噴射到允許水分子通過(guò)、但把鹽分子擋在外面的薄膜中，將海水里的鹽分子脫掉。

“海水淡化本質(zhì)上是以能源換取水資源?！蓖踔菊f(shuō)，不管是用哪種技術(shù)，都需要通過(guò)燃燒石油、天然氣等能源來(lái)獲得能量，以實(shí)現(xiàn)海水淡化。目前，沙特阿拉伯的海水淡水量約占全球總量五分之一；世界上最大的海水淡化工廠坐落在沙特阿拉伯，每天生產(chǎn)140萬(wàn)立方米的淡化水。但這是有代價(jià)的：沙特每天要消耗30萬(wàn)桶原油用于海水淡化。

自2010年獲得世界杯主辦權(quán)以來(lái)，卡塔爾12年間投入2290億美元，花費(fèi)約為過(guò)往七屆世界杯成本總和的5倍。

卡塔爾世界杯組委會(huì)負(fù)責(zé)人哈?！に叩媳硎?，2200多億美元資金大多用于國(guó)內(nèi)的道路、公共交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，并非只為了世界杯，這些建設(shè)也是卡塔爾政府“2030國(guó)家愿景”計(jì)劃的一部分。這一計(jì)劃于2008年啟動(dòng)，希望推動(dòng)卡塔爾轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱沙掷m(xù)發(fā)展的先進(jìn)社會(huì)”。

世界杯期間的用水保障問(wèn)題，也是卡塔爾基建中很重要的一部分。從卡塔爾首都多哈驅(qū)車向南大約70公里，小鎮(zhèn)阿布拉克拉附近的荒漠中，一個(gè)水利樞紐工程已落成，這就是卡塔爾戰(zhàn)略蓄水池項(xiàng)目的南端部分。該項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)總監(jiān)卡利薩·林加姆今年接受央視采訪時(shí)表示，這是卡塔爾最重要的水利設(shè)施，也是世界上最大的蓄水池建設(shè)項(xiàng)目。

2015年起，作為卡塔爾重要的戰(zhàn)略民生工程，同時(shí)也為2022年世界杯供水，卡塔爾供水工程正式開(kāi)始建設(shè)，包括海水淡化、儲(chǔ)存、輸送等系統(tǒng)工程。其中戰(zhàn)略蓄水池項(xiàng)目共有五個(gè)標(biāo)段，包含15座巨型蓄水池，每座水池長(zhǎng)300米，寬150米，高12米，大約相當(dāng)于9個(gè)足球場(chǎng)的面積，單體容量50萬(wàn)立方米，是經(jīng)吉尼斯世界紀(jì)錄認(rèn)證的“世界最大飲用水水池”。

其中的第四標(biāo)段E標(biāo)段，包括兩座蓄水池以及加壓泵站、水質(zhì)檢驗(yàn)中心、備用發(fā)電機(jī)房和管線等附屬工程，由中國(guó)葛洲壩集團(tuán)負(fù)責(zé)施工。2020年，卡塔爾供水E標(biāo)項(xiàng)目的兩個(gè)水池正式投運(yùn)。距離該項(xiàng)目20分鐘車程就有一個(gè)舉行世界杯賽事的體育場(chǎng)館。目前，為了保證世界杯期間的供水，這些水池的蓄水量都在85％以上。

王少華說(shuō)，這一戰(zhàn)略蓄水池項(xiàng)目也為了極大改善卡塔爾本國(guó)的供水安全問(wèn)題。他介紹說(shuō)，卡塔爾在考察周邊海灣國(guó)家的供水情況后，發(fā)現(xiàn)其自身供水保障體系較薄弱。當(dāng)時(shí)，卡塔爾只在老城區(qū)有一些小型供水廠，且彼此之間沒(méi)有管網(wǎng)相連，無(wú)法做到綜合管理和調(diào)配；另一方面，隨著卡塔爾城市的發(fā)展，供水系統(tǒng)也要進(jìn)行提前規(guī)劃。

王少華曾經(jīng)在科威特工作過(guò)7年，也幫助當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)蓄水池項(xiàng)目。他說(shuō)，科威特雖然單個(gè)蓄水池容量沒(méi)有卡塔爾這么大，但其長(zhǎng)期、有計(jì)劃地修建水廠，每隔幾年就新建一個(gè)，再通過(guò)管網(wǎng)相連，因此供水系統(tǒng)要比卡塔爾之前的情況好很多。

卡塔爾打算一口氣把這個(gè)短板補(bǔ)上。最初，卡塔爾計(jì)劃修建24座水池，不過(guò)，2016年，因?yàn)橛蛢r(jià)下跌，該國(guó)財(cái)政資金受到一定影響，最后削減計(jì)劃。蓄水池集中分布在5個(gè)區(qū)域，由四家公司承建。

這一蓄水池項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程非常波折。2017年6月，沙特阿拉伯、阿聯(lián)酋、巴林等國(guó)指責(zé)卡塔爾支持恐怖主義，切斷了與卡塔爾的外交、貿(mào)易和交通聯(lián)系。卡塔爾經(jīng)歷了三年半的經(jīng)濟(jì)封鎖。當(dāng)時(shí)，因?yàn)榕c周邊國(guó)家斷交，卡塔爾海域、航空、陸路都受到管制。王少華所負(fù)責(zé)項(xiàng)目訂購(gòu)的一些材料、設(shè)備運(yùn)輸都受到影響，被延遲交付；因受經(jīng)濟(jì)封鎖，很多材料、物價(jià)、人力成本上漲，一些分包商倒閉，許多原來(lái)的合作和履約都被打斷。

2019年，蓄水池項(xiàng)目完工。在沒(méi)有來(lái)水的情況下，這些所儲(chǔ)存的水也能夠滿足卡塔爾全國(guó)7天的用水量。作為戰(zhàn)略蓄水池，除了像世界杯這種特殊時(shí)期，平時(shí)無(wú)需用到設(shè)計(jì)負(fù)荷，但需要在緊急使用的時(shí)候立刻運(yùn)轉(zhuǎn)。這一項(xiàng)目選用的都是世界上最先進(jìn)的設(shè)備和材料，對(duì)儀器儀表和控制系統(tǒng)的可靠性要求特別高。

卡塔爾大學(xué)先進(jìn)材料中心教授哈馬·杜拉赫曼等人指出，海水的淡化和清潔用水被確定為卡塔爾“2030年國(guó)家愿景”規(guī)劃的主要挑戰(zhàn)之一。為實(shí)現(xiàn)這一愿景，同時(shí)為2022年世界杯做準(zhǔn)備，卡塔爾正從能源密集型的熱法海水淡化技術(shù)轉(zhuǎn)向更清潔、更綠色的反滲透海水淡化工藝。

全球范圍內(nèi)，應(yīng)用最為廣泛的、裝機(jī)容量最大的海水淡化技術(shù)是反滲透，其最主要優(yōu)點(diǎn)是能耗最低。

近幾十年來(lái)，隨著海水淡化技術(shù)發(fā)展，尤其是反滲透技術(shù)的發(fā)展，海水淡化過(guò)程效率已經(jīng)大為提高。根據(jù)韓國(guó)學(xué)者2019年發(fā)表的文章，基于70個(gè)大型淡化水廠的數(shù)據(jù)分析顯示，目前淡化一噸水需要用到的電依然在3.5～4.5度之間。相比之下，如果使用多級(jí)閃蒸技術(shù)，目前淡化一噸水大約要12度電。

王志介紹，自從反滲透技術(shù)在1990年代大規(guī)模應(yīng)用以來(lái)，學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界一直在致力于兩個(gè)目標(biāo)：降低能耗、減少污染。早期淡化一噸水，反滲透技術(shù)的能耗需10～20度電，現(xiàn)在能控制在5度以內(nèi)。這是由于，一方面，膜的透過(guò)性能一直在提高；另一方面，過(guò)程中采用了一種能量回收裝置，能夠?qū)⒌螽a(chǎn)生的高壓濃海水的壓力進(jìn)行回收，明顯降低海水淡化的能耗。

海水淡化長(zhǎng)期以來(lái)比較受到爭(zhēng)議的一點(diǎn)，在于其對(duì)環(huán)境的影響。有學(xué)者指出，海水淡化過(guò)程中會(huì)向海洋排放高鹽度廢液，其中可能包含淡化過(guò)程中添加的氯、重金屬、消泡劑等化學(xué)成分，或危害珊瑚和小型海洋生物。

2020年12月3日，卡塔爾多哈，工作人員為一處球場(chǎng)澆水。圖/視覺(jué)中國(guó)

對(duì)此，王志解釋，實(shí)際上，海水淡化的規(guī)模再大，與海洋的海水量相比依然是微不足道的，處理后廢棄的高濃度鹽水如果不是排放在沿海海域，很快就擴(kuò)散了，已經(jīng)證明對(duì)海洋環(huán)境的影響不大。在海水淡化過(guò)程中，的確需要加入一些化學(xué)添加劑，以免其被污染?，F(xiàn)在，包括他的團(tuán)隊(duì)在內(nèi)的世界各地學(xué)者們，正在研究抗污染性能更好的膜材料，這樣就不用太多的藥劑，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。

2020年，中東地區(qū)知名咨詢機(jī)構(gòu)東方星球研究公司發(fā)布的一份報(bào)告指出，到2050年，海合會(huì)國(guó)家用水需求將達(dá)到每年3.37萬(wàn)立方米，但該地區(qū)預(yù)計(jì)未來(lái)儲(chǔ)量?jī)H為2.58萬(wàn)立方米。該報(bào)告認(rèn)為，該地區(qū)需要將水量提高77％才能滿足其人口未來(lái)30年的需求。

位于阿聯(lián)酋的紐約大學(xué)阿布扎比分校水研究中心主任和工程學(xué)教授尼達(dá)爾·希拉爾今年3月在中東地區(qū)媒體《國(guó)際新聞報(bào)》發(fā)表的文章指出，隨著幾個(gè)新項(xiàng)目的啟動(dòng)，海灣合作委員會(huì)國(guó)家的海水淡化能力將在未來(lái)5年增長(zhǎng)37％，將有更多反滲透海水淡化廠建立。

作為中東地區(qū)重要研究中心，尼達(dá)爾·希拉爾介紹，紐約大學(xué)水研究中心的實(shí)驗(yàn)室正在開(kāi)發(fā)適合阿拉伯地區(qū)海水脫鹽的膜材料，更適用于波斯灣海域的海水淡化。同時(shí)，基于中東高溫干旱的氣候條件，當(dāng)?shù)匾恍┭芯繖C(jī)構(gòu)正在研發(fā)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的膜技術(shù)，將太陽(yáng)照射與小型海水淡化系統(tǒng)相結(jié)合，可用于向偏遠(yuǎn)地區(qū)供水。

特別關(guān)注全球和區(qū)域淡水問(wèn)題的美國(guó)加州太平洋研究所名譽(yù)主席皮特·格萊克在回復(fù)《中國(guó)新聞周刊》的郵件中指出，反滲透技術(shù)近年來(lái)有了很大的改進(jìn)，已接近達(dá)到從海水中脫鹽所能需要的最低能量。“我希望新技術(shù)能進(jìn)一步降低這些成本，但我沒(méi)有抱太大的希望?！?/p>

所有國(guó)家都必須努力實(shí)現(xiàn)用水的供需平衡。不過(guò)，皮特·格萊克強(qiáng)調(diào)，在建造越來(lái)越昂貴的海水淡化廠之前，盡可能減少低效用水，提高用水效率，這是平衡供需最便宜的方法?！拔腋铱隙ǎ澜绫拖袢魏我粋€(gè)重大賽事一樣，顯著地增加了舉辦國(guó)家的資源需求壓力。但如果卡塔爾努力讓來(lái)訪者了解水的價(jià)值和如何節(jié)約用水，并暫時(shí)減少國(guó)內(nèi)其他用水需求，同時(shí)臨時(shí)性地?cái)U(kuò)大儲(chǔ)水量，就能保障世界杯期間的供水安全問(wèn)題?！?/p>

在中國(guó)，海水淡化技術(shù)也在持續(xù)發(fā)展中。天津大學(xué)化工學(xué)院教授王志所在的城市，今年5月20日發(fā)布了《天津市海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十四五”規(guī)劃》。該文件提出，到2025年，天津海水淡化工程規(guī)模達(dá)到55萬(wàn)噸/日，海水淡化水年供水量達(dá)到1億立方米左右。

王志告訴《中國(guó)新聞周刊》，美國(guó)、以色列、日本等國(guó)家都是海水淡化技術(shù)發(fā)展比較好的地方，中國(guó)的海水淡化技術(shù)也是比較領(lǐng)先的水平，而且一些公司也在拓展海外市場(chǎng)，幫助一些國(guó)家承建海水淡化廠。

“海水淡化在中國(guó)的需求量也很大。”王志指出，特別是在北方一些缺水的沿海城市，比如青島、大連、天津，除了“南水北調(diào)”的淡水資源，淡化的海水一直都是這些城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要水源之一，被稱為“第二水源”；而在一些沒(méi)有淡水河流流經(jīng)的島嶼，比如舟山群島，就有很多海水淡化廠。早至2013年，國(guó)家發(fā)改委就將舟山列為國(guó)家首批海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展試點(diǎn)城市，納入國(guó)家海水淡化推進(jìn)應(yīng)用示范城市。

實(shí)際上，海水淡化技術(shù)不僅用于海水，一些內(nèi)陸地區(qū)的苦咸水淡化、工業(yè)廢水或者生活服務(wù)廢水的處理與回收利用，都需要用到海水淡化技術(shù)進(jìn)行脫鹽。

“隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)水資源的需求肯定會(huì)上漲。在淡水資源有限的情況下，廢水回收并不增加淡水總量，唯一能夠帶來(lái)增量的途徑，就是海水淡化。”王志說(shuō)，隨著能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，未來(lái)將會(huì)更多依靠風(fēng)能、太陽(yáng)能、核能等可再生能源，反滲透海水淡化技術(shù)不再需要化石能源驅(qū)動(dòng)，以后會(huì)更加環(huán)保；與此同時(shí)，高能耗也不再是其應(yīng)用的瓶頸，其在人類淡水資源供應(yīng)中的地位將會(huì)愈加重要。