“空中取水”和“水中取气”

黄德揆

水和空气，乃生命之源，是地球上动植物赖以生存的物质基础。乍看起来，地球上的水与它周围的大气，各守各的疆界，井水不犯河水。其实并非如此，水和空气之间通过降雨和蒸发等形式进行物质交换。所以，水中有空气，空气中存在水。

“空中取水”的方法：挤压空气

众所周知，地球上水的总储量约13亿立方千米，地球表面的71%被水覆盖,地球享有水球之誉。可是，供人类利用的淡水，仅占其中的2.5%。而这些淡水的70%，又被南、北极的冰山所困。剩下的、占总数仅0.3%的淡水，流进了人类生活。可见，为人类利用的淡水资源太少。当前，世界上有12亿人喝不上干净的饮用水，有24亿人得不到足够的饮用水，每年有340万人死于与水有关的疾病，而且水荒还在加剧。有关专家认为21世纪，人类首先面临的问题将是水危机。

解决水危机是全人类共同面对的大课题，需要全人类的共同努力。德国工程师胡贝特·哈姆，受制冷机工作时产生的“冷凝水”所启示，提出挖掘现有技术潜力，对空气进行“挤压”，把湿润空气中所含的水分“挤”出来，再对水进行净化处理，使之符合饮用水的标准，来解决全球饮用水匮乏这个大课题。因为地球周围的大气中包含着丰富的水，它们受压缩机挤压时，其中的水蒸气将凝结成水。

胡贝特·哈姆的设想，能否缓解人类所需的饮用水问题呢？

在大自然中，水与大气之间的物质交换从未停止，每年从海洋和河流蒸发到大气中的水，大约有50万立方千米，这其中的大部分又以降水的形式返回海洋。但是，大气层中仍保存有大量水分。诚如专家们指出，地球大气中所含的水分，比地球上江河湖泊里水的总储量还多10倍。即便在沙漠地区，空气相对湿度很小，其中仍不乏水蒸气。沙漠蜘蛛等昆虫，不就是直接从干燥的空气中获取小水滴的吗？ 再说地球上缺乏饮用水的国家，大多分布在平均气温高于20摄氏度的气候带，那里的空气湿度一般为75%。这意味着那些地方每千克空气里含16克水。如果压缩空气将温度降低10摄氏度，1千克空气中可回收8克水。这意味着挤压空气取水，有广泛的物质基础，这也是科学界看好胡贝特·哈姆设想的原因。

长期与制冷设备打交道的胡贝特·哈姆，知道合理利用压缩机生产饮用水的可能性。因为这种方法为炎热地区居民送去清凉时，还产生冷凝水，何必让这些水白白浪费呢？再说挤压空气获得淡水法，比淡化海水节省能量和开支。由于“制水设备”的耗电量显然很大，所以他打算尽可能多的利用风能和太阳能，以便让更多干净廉价的能源加盟，共同解决能源不足的问题。

水中取气靠降压

和“挤压空气”解决水危机的方法相比，人类利用水中溶解空气的研究要早得多。因为构成鱼鳃的鳃片上，遍布微血管。鱼鳃通过微血管作用，呼吸溶解在水中的空气。所以水中的鱼，时刻呼吸到新鲜氧气，同时排除二氧化碳。再说自然界飘忽不定的风、大海上此起彼伏的波涛、海面下的洋流，都在帮助海水溶解并传播少量的空气。测量表明，海面下200米深处，仍然有15%的溶解空气，鱼可以自由自在地进行吐故纳新。

在鱼的启发下，科学家率先用硅橡胶薄膜造出人工鳃，供老鼠在水中呼吸用。接着，又研制出供人在水中呼吸的人工鳃。不足的是，这些人工鳃有的效率不高，有的使用很不方便。所以，潜水员在水下作业时，总离不开笨重的氧气瓶，还须靠随身携带的氧气瓶供应氧气。这种传统的呼吸方式，使潜水员的活动受限制，特别是长时间水下作业时，需要不断上岸更换氧气瓶。而氧气瓶又不能多带，否则会影响潜水员在水中的动作平衡，不利于水下作业。

为改善潜水员和潜艇工作环境，提高效率，以色列发明家阿隆·博德纳则另辟蹊径，创造出一个全新装置，以帮助小型潜水艇和潜水员，像鱼一样自由呼吸溶解在水中的空气，从而彻底摆脱笨重的氧气瓶。

根据物理学定律，液体中的气体溶解度，与它受到的压强成正比。对水来说，当它的压强增大时，溶解的气体相对多些。压强减小时，就会有更多的溶解空气从水中逸出。于是，阿隆·博德纳设计出一个由电池供电的小型密封装置。该装置中离心机在水中高速旋转时，水体压强减小，溶解在水里的空气不断排出。实验中，一台由锂电池供电的小型离心装置，每次获得的溶解空气，可供潜水员工作1小时。

现在，以色列海军有关部门和一些生产潜水设备的厂家，对博德纳的制氧装置表现出浓厚兴趣。他们相信这一新装置投放市场后，有望使潜水事业出现新面貌和新变化。

综上所述，我们不难看出无论是靠挤压空气获取饮用水，还是靠降压释放水中空气的方法，都充分体现了科学家慧眼独具的创新精神。正像诗人所说：“天机云锦随我用，剪裁妙趣非刀尺。”

【责任编辑】李金