捕雾集水

皮特.迪兹克斯

地球上不含盐分的水有三分之一散布在空气中，收集空气中的水，是解决缺水问题的一个途径。如果“捕雾集水”的技术发展到足够成熟，借此能够得到数量可观的水

在非洲西部的纳米布沙漠里生活着一种甲壳虫，这些被称为“纳米布甲壳虫”的小动物仅有拇指甲大小，它们外形上最大的特点，就是背上有很多麻点样的凸起物，或大或小，密密麻麻。

任何生命都离不开水，那么，在茫茫的沙漠里，这些甲壳虫是通过什么方式来寻找水的呢？英国牛津大学的安德鲁·帕克和QinetiQ技术公司的克里斯·劳伦斯发现了其中的秘密。他们在《自然》杂志上发表研究报告指出，纳米布沙漠多风、少雨，然而大雾却十分常见。这种小虫子寻找水的奥秘就在雾中。

科学家发现，甲壳虫身上的麻点就像一座座“山峰”，麻点与麻点之间就是“山谷”。在电子显微镜下可以看到，在麻点和“山谷”表面，布满了覆盖着蜡样外衣的微小球状物，这些球状物形成防水层。当大雾来临时，这种沙漠甲壳虫身体倒立，此时，它们背上的麻点就有用途了：雾中的微小水珠会凝聚在这些麻点上，具有防水层的“山谷”连在一起则构成“水槽”，凝集在外壳上的水就会顺着“水槽”流下，慢慢地、一点一滴地最终流入到甲壳虫的口中。

科学家们观察到这个精巧、细微的过程，他们不仅感叹大自然中生命的顽强和艰辛，受此启发，模拟甲壳虫饮水的过程制作了集水装置：在集水器的表面铺上一层蜡，并安装上一些很小的玻璃珠。与普通平面玻璃的表面相比，这样的集水器集水量大。帕克说，这项技术将来不仅可能用于减少机场的大雾，而且可以集水灌溉，还可用于多雾干旱的地区收集饮用水。

就这样，受一只小虫子的启发，一门新的技术体系——“雾水工程”正在世界上一些国家和地区悄然兴起。

“捕雾”的原理

水资源的短缺是一个全球性的问题：据世界卫生组织（WHO）和联合国儿童基金会（UNICEF）估计，目前全世界有9亿人无法获得安全的饮用水。

在麻省理工学院（MIT），西里让·哈特里（Shreerang Chhatre）是专门从事雾水收集研究的工程师，他的目标就是要把纳米布甲壳虫雾中取水的“绝活”进一步提高，应用到世界上一些贫穷的地区。如果这项技术得到应用，那些生活在贫穷乡村的人们在家门口就可以得到清洁的生活用水，而不再要花费几个小时的时间去远方的水井或者河流里取水。

其实，雾水工程的原理非常简单。雾是由密度很大的细小水珠组成的。它可以吸附在各种物体的表面，遇冷就会结成大的水珠，然后凝聚成水。露水就是由雾遇冷而凝结成的。为了从雾中大量取水，比较简单的办法是用散热快的金属（如铝）制成表面光洁的圆筒，竖立于多雾的空气中，其表面附着的雾很快便凝聚成水，不断地往下流淌，源源不断地生成淡水。

哈特里设计的“捕雾”装置和普通的集水器不同，它是由网格状面板组成的，这些收集雾水的面板和承载水滴的容器相连。他的这一装置所使用的材料大大提高了集水的效率。“我的项目技术部分已经完成。”哈特里说，他现在正在制定实施这一项目的商业计划。

从1990年代开始，人们就对“捕雾”技术产生了兴趣，到了21世纪初，科学家们受纳米布甲壳虫的启发，对这一技术产生了新的思路，使之有可能用于人类。目前，加拿大的非营利性组织“探雾”（FogQuest）已经在智利和危地马拉建立了试验项目。

哪些地方适合“捕雾”

在沙漠地区和一般性陆地，晚上湿度大；而在海岛及海洋中（如舰船上），白天、夜晚的湿度都很大。上述地方，均可因地制宜地利用上述原理从雾中取水。目前，很多国家开始在舰船上采用这项技术，以在漫长的海上航程中不断地补给淡水。

在一些多雾地区，这种方法的效果更为理想。比如，在南美洲智利圣地亚哥以北的琼贡果村，地处阿塔卡马沙漠，白天气温很高，雨水稀少，年降水量仅有400毫米，生产和生活用水十分紧张。但此地区是一个多雾区域，且湿度很大。科学家在山腰上装置了巨大的雾水转换装置——网眼极细的塑料纤维巨网，每夜可采水1万多升，在多雾季节每昼夜甚至可采水10多万升，从而解决了当地居民的用水困难。

雾水收集技术具有很大的推广价值。中国也有很多著名的“雾都”，如果能够把这一技术利用到那些地方，将会产生良好的效果。例如，江西庐山全年平均雾日为192天。每年5～6月多雾季节，每月的有雾日达20天，7月少雾也有13天。庐山北依长江，东南毗邻鄱阳湖，西南部与丘陵山区相连，地形作用生成的雾极为频繁。

但是庐山在江南梅雨季节过后，雾多雨少，干旱抬头，小溪干涸。由于干旱，山上的云雾茶和蔬菜的生长受到影响。庐山上水库的蓄水也只能保障人们的生活用水，无法满足茶树和蔬菜生长用水。于是，庐山云雾观测站的专家们提出，开发雾水资源，从雾中取水，解决植物需水问题。

庐山不仅雾日多，雾中的含水量也比较丰富，浓雾的含水量可达1克/m3～3克/m3。浓雾出现可持续10～30小时之多。在山上生活和工作的人们都有这种感觉，在雾中行走时头发和眉毛都出现水珠。在松柏树下停留时，就看到雾水滴从树枝上掉下，时间长了，衣服都会变湿。浓雾中的微小水滴沉降在松柏叶上，逐渐积累、汇集在一起，从叶面上流下，宛如雨滴。按照专家们提出的方法，庐山林场的工人把木制的容器放在松柏树下，一夜之间就有20千克～30千克的雾水落入容器中，用这样简单的集水方法，就可以解决局部云雾茶和蔬菜的供水问题。

捕雾集水的前景

作为化学工程师，哈特里重点研究材料的“亲水性”，也就是寻找那些对液体具有吸收或者排斥作用的材料。麻省理工学院化学工程系、机械工程系的科学家在这方面已经取得了很大的进展，他们发明了多种具有良好亲水性的织物和涂层。

用于收集雾水的材料必须具有“吸纳”和“排斥”水的两种特性。比如，纳米布甲壳虫身体外壳上的麻点是吸水的，而麻点之间形成的“山谷”起到水槽一样的作用，其表面是疏水的。这样一来，凸起的麻点吸来水以后，在通过“水槽”流出的过程中不会被吸收，从而能让水到达甲壳虫的嘴里。

你可能很难想象通过“捕雾”得到的水，能达到供人们使用的数量。“但是，我们开发的捕雾装置用的是同样的原理，”哈特里说，在大型的捕雾装置中，人们并不使用和甲壳虫体表一样的硬壳样材料，而是使用网格状的材料，这样做的目的是防止风把材料表面收集到的水带走。“在这方面，甲壳虫给人们创造捕雾技术带来灵感，但是我们并不能照搬它的方式，因为甲壳虫所需要的饮用水毕竟只是极少量的，而我们则需要尽可能地从雾中捕获大量的水。”

在野外实验中，每平方米的网格状捕雾装置一天可以获得1升水。哈特里和他的同事们正在实验室研究中对这一装置的集水能力做进一步的提高。

“探雾”工程的工作人员梅丽莎·罗萨托说，“技术并非捕雾项目的唯一问题，你必须在一开始说服当地人参与这个项目。”梅丽莎作为“探雾”的项目经理已经在危地马拉山区的村庄安装了36个网状捕雾集水设施，共为150人提供了生活用水。

除了进行试验研究工作，哈特里也在分析哪些组织可能投资和使用他们的产品，因为他们的目标人群显然是那些没钱的人。他认为，除了边远缺水地区的人们，环保组织也可能对此技术有兴趣。

哈特里所加入的麻省理工学院Legatum发展与创业中心主任契巴尔·卡德尔说，“地球上不含盐分的水有三分之一散布在空气中，收集空气中的水，是解决缺水问题的一个途径，而且这些水不需要运输。因而，如果捕雾集水的技术发展到足够成熟，借此能够得到数量可观的水，也许将来它具有商业价值。”卡德尔认为，捕雾集水技术能够同时解决很多问题，毕竟江河湖海里的水也是来自于空气中。

哈特里承认，无论在技术上还是商业上，捕雾集水的技术都尚不成熟。他说，“这项工作的前景是开放式的，一切都在进展当中。”★