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，是解決缺水問題的一個途徑。如果“捕霧集水”的技術發展到足夠成熟，借此能夠得到數量可觀的水

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”的小動物僅有拇指甲大小，它們外形上最大的特點，就是背上有很多麻點樣的凸起物，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，這些甲殼蟲是通過什么方式來尋找水的呢？英國牛津大學的安德魯·帕克和QinetiQ技術公司的克里斯·勞倫斯發現了其中的秘密。他們在《自然》雜志上發表研究報告指出，納米布沙漠多風、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。

科學家發現，甲殼蟲身上的麻點就像一座座“山峰”，麻點與麻點之間就是“山谷”。在電子顯微鏡下可以看到，在麻點和“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。當大霧來臨時，這種沙漠甲殼蟲身體倒立，此時，它們背上的麻點就有用途了：霧中的微小水珠會凝聚在這些麻點上，具有防水層的“山谷”連在一起則構成“水槽”，凝集在外殼上的水就會順著“水槽”流下，慢慢地、一點一滴地最終流入到甲殼蟲的口中。

科學家們觀察到這個精巧、細微的過程，他們不僅感嘆大自然中生命的頑強和艱辛，受此啟發，模擬甲殼蟲飲水的過程制作了集水裝置：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，這項技術將來不僅可能用于減少機場的大霧，而且可以集水灌溉，還可用于多霧干旱的地區收集飲用水。

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

“捕霧”的原理

水資源的短缺是一個全球性的問題：據世界衛生組織（WHO）和聯合國兒童基金會（UNICEF）估計，目前全世界有9億人無法獲得安全的飲用水。

在麻省理工學院（MIT），西里讓·哈特里（Shreerang Chhatre）是專門從事霧水收集研究的工程師，他的目標就是要把納米布甲殼蟲霧中取水的“絕活”進一步提高，應用到世界上一些貧窮的地區。如果這項技術得到應用，那些生活在貧窮鄉村的人們在家門口就可以得到清潔的生活用水，而不再要花費幾個小時的時間去遠方的水井或者河流里取水。

其實，霧水工程的原理非常簡單。霧是由密度很大的細小水珠組成的。它可以吸附在各種物體的表面，遇冷就會結成大的水珠，然后凝聚成水。露水就是由霧遇冷而凝結成的。為了從霧中大量取水，比較簡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。

哈特里設計的“捕霧”裝置和普通的集水器不同，它是由網格狀面板組成的，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。“我的項目技術部分已經完成。”哈特里說，他現在正在制定實施這一項目的商業計劃。

從1990年代開始，人們就對“捕霧”技術產生了興趣，到了21世紀初，科學家們受納米布甲殼蟲的啟發，對這一技術產生了新的思路，使之有可能用于人類。目前，加拿大的非營利性組織“探霧”（FogQuest）已經在智利和危地馬拉建立了試驗項目。

哪些地方適合“捕霧”

在沙漠地區和一般性陸地，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，很多國家開始在艦船上采用這項技術，以在漫長的海上航程中不斷地補給淡水。

在一些多霧地區，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，年降水量僅有400毫米，生產和生活用水十分緊張。但此地區是一個多霧區域，且濕度很大。科學家在山腰上裝置了巨大的霧水轉換裝置——網眼極細的塑料纖維巨網，每夜可采水1萬多升，在多霧季節每晝夜甚至可采水10多萬升，從而解決了當地居民的用水困難。

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

但是廬山在江南梅雨季節過后，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受到影響。廬山上水庫的蓄水也只能保障人們的生活用水，無法滿足茶樹和蔬菜生長用水。于是，廬山云霧觀測站的專家們提出，開發霧水資源，從霧中取水，解決植物需水問題。

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1克/m3～3克/m3。濃霧出現可持續10～30小時之多。在山上生活和工作的人們都有這種感覺，在霧中行走時頭發和眉毛都出現水珠。在松柏樹下停留時，就看到霧水滴從樹枝上掉下，時間長了，衣服都會變濕。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，用這樣簡單的集水方法，就可以解決局部云霧茶和蔬菜的供水問題。

捕霧集水的前景

作為化學工程師，哈特里重點研究材料的“親水性”，也就是尋找那些對液體具有吸收或者排斥作用的材料。麻省理工學院化學工程系、機械工程系的科學家在這方面已經取得了很大的進展，他們發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是吸水的，而麻點之間形成的“山谷”起到水槽一樣的作用，其表面是疏水的。這樣一來，凸起的麻點吸來水以后，在通過“水槽”流出的過程中不會被吸收，從而能讓水到達甲殼蟲的嘴里。

你可能很難想象通過“捕霧”得到的水，能達到供人們使用的數量。“但是，我們開發的捕霧裝置用的是同樣的原理，”哈特里說，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，而是使用網格狀的材料，這樣做的目的是防止風把材料表面收集到的水帶走。“在這方面，甲殼蟲給人們創造捕霧技術帶來靈感，但是我們并不能照搬它的方式，因為甲殼蟲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。”

在野外實驗中，每平方米的網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驗室研究中對這一裝置的集水能力做進一步的提高。

“探霧”工程的工作人員梅麗莎·羅薩托說，“技術并非捕霧項目的唯一問題，你必須在一開始說服當地人參與這個項目。”梅麗莎作為“探霧”的項目經理已經在危地馬拉山區的村莊安裝了36個網狀捕霧集水設施，共為150人提供了生活用水。

除了進行試驗研究工作，哈特里也在分析哪些組織可能投資和使用他們的產品，因為他們的目標人群顯然是那些沒錢的人。他認為，除了邊遠缺水地區的人們，環保組織也可能對此技術有興趣。

哈特里所加入的麻省理工學院Legatum發展與創業中心主任契巴爾·卡德爾說，“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，是解決缺水問題的一個途徑，而且這些水不需要運輸。因而，如果捕霧集水的技術發展到足夠成熟，借此能夠得到數量可觀的水，也許將來它具有商業價值。”卡德爾認為，捕霧集水技術能夠同時解決很多問題，畢竟江河湖海里的水也是來自于空氣中。

哈特里承認，無論在技術上還是商業上，捕霧集水的技術都尚不成熟。他說，“這項工作的前景是開放式的，一切都在進展當中。”★