【科技．未来】多国干旱闹水源荒 空气取水研发竞赛展开
历经连续三年的旱冬，南非第二大城市开普敦的存水量岌岌可危，恐将成为首个无水可用的世界主要城市。正当所有人都在为日常用水而苦恼，开普敦终于迎来了朝思夜盼的大雨。久旱逢甘露固然可喜，然而，那些制水日子给民众带来的苦况却仍历历在目，而开普敦往后的用水来源也依然未见乐观。近年多国旱灾缺水，开普敦的用水危机再次警醒世人：水资源紧绌不可轻视。面对此情此景，不少科学家正另辟蹊径，要把空气中的水分转换成饮用水。
这种想法毫不遥远，可能不少人会想起家用抽湿机的水，只是它们未经过滤，而且要作为饮用水源，所需电力绝不划算，也不环保。现时全球近八亿人面对水源短缺，其他新技术如海水化淡仍十分昂贵，干净水源有限而系统封闭。
要为危机找出路，Water Abundance XPRIZE设计比赛策划者Zenia Tata就解释：“我们设计比赛之初，多番考虑第一原理。而无时无刻空气中都有大量水分。”因此，比赛要求参赛者建造的装置须利用再生能源，每日从空气中取得至少2,000公升水（约足够100人每日所需），且成本不可高于每公升2美仙。
新水源研发竞赛
比赛2016年展开，Skysource与Skywater团队成功达标，数星期前夺得150万美元奖金。他们的装置放于一个大货柜，使用所谓Wood-to-Energy Deployed Water（WEDEW）方法。装置的Skywater技术模仿雨云生成过程，把空气吸入后冷却，凝结成水滴后收集于水缸，经消毒过滤即可饮用。值得一提的是，他们将木屑、椰子壳或本地常见的生物质（biomass）气化为可再生能源来取代过程中所需的大量电力，同一时间产生的过程副产品生物炭（biochar）则可作为土壤改良剂，帮助植物生长。而在树木不多的地区，则可转为使用太阳能电池，同样毋须依靠电力。
“这是一项负碳（carbon-negative）技术，我想未来科技将愈来愈趋向这种恢复及再生模式，真正修补人类所作破坏。现存进度缓慢的基建无法应对气候变化，例如开普敦那样，我们的方式正好与之成一对比。”领导研发的加州建筑师David Hertz说道。不过，比赛成本不包括设置机器成本，而他们2016年的雏形，成本要18,000美元。
太阳能干燥剂吸水
全球有约12,900立方公里水分藏于空气之中，比北美最大的苏必略湖（Lake Superior）还要多，更是非洲最大淡水湖维多利亚湖（Lake Victoria）的五倍。但这些水分所指的不是云，而是那些可化成冻饮杯外水珠或树上晨露的水。因此，在Skysource和Skywater所使用的主流机械冷却方法之外，也吸引了不少科学家尝试各种空气抽水饮用的方法（Water from Air，WFA）。
亚利桑那州立大学材料科学副教授Cody Friesen在满布沙漠的亚利桑那度过他的童年。他创立的公司Zero Mass Water采取另一种进路，用一种犹如“化学海绵”的干燥剂物料从空气中吸水。Friesen介绍：“干燥剂是我在大学的研究团队研发的，它在湿度低于5%的情况下仍可吸水。举个例子，当你打开砂糖罐盖，糖便会逐渐结成一块一块。糖就是天然的干燥剂，但十分缓慢，而我们的物料就好快。”
因为商业机密的缘故，Friesen不肯透露干燥剂的组成成分，只说当中含有氯化锂（lithium chloride）和有机离子等。他们的吸水装置Source装在屋顶，用改良过的太阳能板推动小型风扇抽入空气，而热力可把吸水剂中的水分逼出，在室温自然凝结聚集，再加入钙和镁就可饮用。
Source每块成本4,000美元，每天只可产出3至5公升水，远不及可制25至30公升的机械冷却方法，但该装置的运行只需100瓦特（watt）功率，且电源上毋须连结电网，比使用大约需要500瓦特的冷却方法为低。营运五年，Source每公升水成本现为15美仙。Friesen希望可吸引那些花大钱买樽装水的顾客：“全球每年约有5,000亿公升樽装水售出，减少这个数字吧。它牵涉的碳足迹、塑胶足迹十分庞大。”
加州大学柏克莱分校（UC Berkeley）化学教授Omar Yaghi正研究以“金属有机框架”物料（MOFs）抽取饮用水，原理也类似Source。不过这种物料结构独特，即使只有方糖大小，内部表面积却比足球场更大，理论上可吸收大量气体或液体，并在加热时释放。
非洲建水塔采晨露
还有一种毋须使用电力和太阳能的空气抽水方法，即使最落后的地方亦能使用。自2015年起，非洲埃塞俄比亚矗立了高10米、花瓶型的竹棚水塔，名为Warka Tower。近年来，这种水塔在多哥和海地等地方也多了起来。竹棚支架撑起几张密度不一的纤维网来收集晨露，储于塔底的水经石头过滤后便可饮用。他估算，一栋五米高的小型水塔建造成本约3,000美元，可供约50人使用；可供250人使用的25米高水塔则需3万美元。
在多雾的季节，Warka Tower可持续供应饮用水。设计者意大利建筑师Arturo Vittori补充：“即使无雨无雾，仍有夜间凝结的露水。我们的集水缸容量由1,600公升至10万公升不等。”水塔的竹子来自当地，由该地居民用传统方法编织而成，容易打理。“现时，我们尝试在海地及多哥使用其他当地材料，包括棕榈叶等。”
Vittori认为Warka Tower是非一般的空气抽水方法：“这需要对当地传统和物料有充分理解。它远超于一部由货车派送的机器。它没有机械部件，全靠地心吸力、空气和风。”他希望当地人能自行建造更多水塔。然而，Vittori此言也道出了Warka Tower的弱点。在最干旱的夜晚，水塔可以滴水不沾。水源顾问Roland Wahlgren质疑这种依赖湿气的方法，“只在特定地区有用，而全球没有多少这种地方。”显然，Warka Tower无法满足那21亿没有干净食水的人的需求。
谁是下一个开普敦
水源危机或许比我们想像中要近。地球被称为蓝色星球，水量多达12亿兆公升，但其中97%是咸的海水，2%封在南极的冰中，人类只靠剩余的1%生存。然而，全球用水量随人口不断膨胀而增。据美国太空总署的卫星数据，印度北部的含水层，在短短十年内减少了110兆公升；而联合国统计则显示，人类在本世纪的用水量增加了七倍，到2025年，将有三分之二的人口面临严重水源压力。
现时已有21亿人没有干净饮用水，受污染水源每年导致50万人死于腹泻，一些贫穷地区的人没得选择还要被收取不合理的价格。在相对富庶的国家，地下水或河流因密集的农业和工业而被逐渐搾干。还有污染问题，例如美国密歇根州佛林特市（Flint）的铅水事件，就令中产人士转买樽装水。全球樽装水市场自2013年起以每年10%增长，去年销售达3,910亿公升，比15万个奥运标准泳池还多。
过去三年的冬天，百年难见的干旱令开普敦几乎滴雨不出。政府在本年1月宣布，在4月会出现归零日（day zero），即当地存水量将用尽。政府因而下令每人每天只可用水50公升（港人每日用水量大约130公升），超出用量的家庭将被罚款，甚至断水。
受影响地区的农民损失约四分之一农作物；限制用水也导致饮用水囤积居奇、恐慌、游客取消预订，甚至骚乱。超市限制每名顾客买水量；售卖水缸和水池盖的店舖缺货；钻井水大排长龙；甚至抽湿机也售罄。而市民的习惯也要大改，开始在浴缸或桶中淋浴，洗完澡的水用来洗衫，再用来冲厕，有些人还限制每日只冲厕一次。年轻白领Fiona Kinsey就说：“我从未谈过厕所这么多次。”
有很多另类的方法交到开普敦副市长Ian Neilson的办公室，例如以“播云”（cloud-seeding）的人工方法下雨、在南极输入1亿吨冰山，也包括从空气中抽水。提议引入冰山的救援人员Nick Sloane说：“你可能觉得意念疯狂，但仔细想想，为何不可？”只叫整个城市不再浸浴，“是错误的答案”。而排队轮候食水的市民Sue Fox就反省：“归零日令我们对用水三思，我们再不会视水是理所当然。”
开普敦大学城市水源小组首席研究员Kevin Winter批评，政府官员单纯地假设未来降雨模式将与以往大同小异：“就像开车只看倒后镜，解决了旧问题但没有留意到前方的危机。结果撞上了大货车。”
世界资源研究所全球水源计划总监Betsy Otto提醒，其他国家应视开普敦旱灾为水源压力的警号：“回想美国加州，五年旱灾后出现了历史新高的积雪，之后又再出现更严重的旱灾。这种摆动可能会成为新的常态。”而WRI的食物、森林及水源计划总监Charles Iceland则预期：“未来将有更多潜在的开普敦，全球的情况只会愈来愈差，水需求愈来愈大，也开始感受到气候变化带来的影响。”
事实上，开普敦早已不是水源危机的孤例。水源危机成因繁杂，因地而异。2008年，西班牙巴塞隆拿经历60年来最严重旱灾，结果要从法国输入饮用水；2015年，有2,000万人口的巴西城市圣保罗出现80年来最严重旱灾，曾每日停止供水12小时；干旱的雅加达过度抽取地下蓄水而下沉，渐被海水和雨水淹没而缺乏食水；2,100万人口的墨西哥城，现时已有五分之一人每天只有数小时有自来水供应；墨尔本官员去年则预期该市大约10年后会缺水。气候变化影响全球，大城市如印度班加罗尔、北京、开罗，甚至莫斯科也潜藏同样危机。
上文节录自第135期《香港01》周报（2018年10月29日）《没有水的城市 未来水源来自空气》。
水源危机有何出路，详见另文《【科技．未来】用水陋习与利益冲突 解决水荒如何困难？》。
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