淡水告急

　　这一切或许始于2014年1月，州长杰瑞·布朗（Jerry Brown）说加州必须减少20%的用水量，否则将面临“可怕的后果”之时；亦或许始于8月，加州East Porterville镇陷入干涸，迫使加州用卡车为居民送水之时；又或许是9月，一份科学研究指出加州将迎来最可怕的灾难：一场“百年不遇的干旱”——用一位研究人员的话说，“可能比过去2，000年来发生的任何事情都要可怕。”

　　无论转折点是什么，到了2014年秋天，加州居民的未来健康显然已陷入危险之中。加州那值得炫耀的技术文化可以做很多事情，却无法“呼风唤雨”。

　　又或者，“呼风唤雨”并非不可能？就在加州的干旱越发严重之时，圣地亚哥北面一个巨大的海水淡化工厂正逐步接近完工。顾名思义，海水淡化工厂就是吸入海水，过滤掉海盐，再将滤后淡水注入市政雨水管网的工厂。这个名为卡尔斯巴德（Carlsbad）的工厂耗费十亿美元建造，并将于2015年底投入使用。工厂的成本、能源需求及潜在环境影响已被争论了十年，不过，最后上线时，卡尔斯巴德每天将产出5，000万加仑的淡水，成为北美地区最大的海水淡化工厂。更重要的是，该工厂将向加州其他地区以及同样遭受毁灭性干旱的美国南部和西南部居民证明一件事：几十年来，一个源源不绝的饮用水新来源将首次加入水储量逐年降低的饮用水体系中。

　　尽管如此，卡尔斯巴德工厂仍不足以缓解加州的干渴，尤其气候变化威胁将进一步消耗加州的淡水供应。据预测，卡尔斯巴德工厂将供应圣地亚哥7%的饮用水，但这不过是为即将见底的空桶加入了几滴水。对此，许多为干旱所苦的加州人感到不解：既然海水四处都是，为何没有先进的技术来解决这个问题？

　　对人们来说，一个难以忽视的事实是地球上97%的水都是海水。当然，并非所有海水都与大西洋和太平洋的水一样咸，但由于掺杂了矿物质，海水都会略含盐分，导致不能用于饮用或农业灌溉。但我们同样是幸运的。地球就像一个巨大的海水淡化工厂：淡水从海洋蒸发，蒸汽聚集在云上，再变成雨或雪降落到地上，被收集至水库或流回海里。海水之所以咸，是因为数百亿年来，混合了地上矿物质的雨水滔滔不绝地奔流入大海。

　　数十年来，用于海水淡化的主要技术其实就是模仿这个自然过程：工程师建造可以加热大量海水的工厂，迫使淡水蒸发，再将收集后的蒸汽导入市政水供应中。如今还有许多这种工厂，大部分位于依赖海水淡化供水已数十年的中东地区。但1960年代初期，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的科学家想出了一种新的过滤器（或如业内所说的“膜片”），此种过滤器使名为“逆向渗透”（reverse osmosis，简称RO）的海水淡化过程变得可行。本质上而言，海水被高压送过膜片，压力大概相当于家用水龙头水压的15倍。高压力作用下，只有淡水通过了膜片，过滤出来的盐则重新运回海洋。

　　过去50年来，RO已成为供水行业的常用系统。它被用于类似卡尔斯巴德的大型海水淡化工厂，还被用于寻常水处理厂、游艇、潜水艇，更成为对纯净水有极高要求的某些制造行业的关键净水步骤（比如制药和高技术行业）。如今，逆渗透膜是一英尺售价一美元的商品。“膜片会过滤掉海水中99.8%的盐分，耐用期为五年，某些情况下甚至可以用十年，”业内资深人士、海水淡化分析师汤姆·潘克拉茨（Tom Pankratz）说，“关于海水淡化，或许技术还会有一些小改进，但我个人觉得，成本不可能大幅降低。”

　　这是RO为“一门成熟技术”的另一种说法。“成熟技术”这个词浇熄了加州企业家和风投资本家的热情，因为他们倾向于将注意力放在前景无限、能大幅度改进现有技术的初创企业身上。近来，某些人在加州报纸上呼吁类似伊隆·马斯克（Elon Musk，特斯拉公司创始人）的企业家将麾下人才用于海水淡化研究中，但几乎可以肯定的是，作为一门专业技术，海水淡化超出了大多数特立独行技术新贵的能力之外，更别提他们是否感兴趣了。“其实吧，海水淡化过程实际使用的能量，与理论上所需的能量总量相去不远，”管理位于厄尔巴索德州大学内陆海水淡化系统中心的汤姆·戴维斯（Tom Davis）说。戴维斯透露，当今的趋势是从名为石墨烯的新型超硬材料中制造一种过滤器，但他对其可行性充满怀疑。他说他探索过可能的未来，“但无法看到革命性的技术”。

　　改进海水过滤系统的难度可媲美改变能量或运输系统的难度：现有技术已经如此成熟，从经济上来说，很难引进任何存在风险的新技术。比如，作为海水淡化行业的新想法，“正向渗透”无需施加高压使海水通过反渗透膜，反之，它利用水的自然物理性质来分解盐分。某些美国初企处于研发此门技术的最前沿，其中以波士顿公司Oasys Water和名为Trevi Systems的湾区初企为最。正向渗透法的优势是海水淡化过程所需的能量更少，另外，至少从理论上讲，成本将更加低廉（不过，最近，麻省理工一项研究对所谓的节能提出了质疑）。目前，研究人员仍在小型实验工厂对正向渗透法研究改进，比如，Trevi就在阿拉伯联合酋长国一个实验室研究。所以即使这方法能行，也要数年之后才能大规模应用。

　　不过，重大的进展或许将通过改变海水淡化过程中某些组件来实现，而不是改变整个过程。比如，一家名为Aquaporin的丹麦公司已经开始制造模仿人类肾功能的薄膜，而且，研究结果极具煽动性。Aquaporin坐落于哥本哈根大学边缘一栋闪闪发光的崭新大楼里，由一位名叫彼得·霍姆·延森（Peter Holme Jensen）的年轻科学家领导。“2005年开始研究工作时，”延森解释说，“我们说，‘何不尝试利用自然？因为若我们追求的是可持续性，利用自然才是王道’”。这些薄膜看似薄薄的白纸片，上面覆盖了平滑的涂层，可应用于使用逆向或正向渗透法的脱盐系统中（这些薄膜将很快被NASA测试，用以在太空中循环利用废水。延森说，你可以对着薄膜撒尿，而从另一边出来的则是可饮用水）。这些薄膜可将海水淡化过程的成本降低高达15%，在一个技术已然成熟的行业，这可谓颠覆性的革命。

　　用延森的话说，若将海水淡化比作医药行业，那“医药界已三十年未发明新药物”。在如此保守的一个市场中，或许得等上数年，他的技术才能产生重大的影响。所以，该技术不大可能可用于解决加州即将面临的大范围缺水问题。而且，并非每个人都认为海水淡化是拯救某些“即将干旱”地区的唯一方案。位于奥克兰太平洋研究所（Pacific Institute）的希瑟·库利（Heather Cooley）指出，卡尔斯巴德工厂创造的淡水供应源不仅将使南加州人的水费翻倍，甚至还可能产生反弹效应。澳大利亚和佛罗里达的某些脱盐厂上线之后，才发现根本完全没必要。某些情况下，干旱状况可以自行缓解；而某些情况下，海水淡化所产生的水过于昂贵，会促使消费者们减少用水，如此一来，大型的脱盐工厂压根就没存在的必要。“过早建造过于大型的脱盐工厂存在一定的风险，”库利说。

　　另外，脱盐工厂还可能对鱼类种群造成显著的影响，因为进气管和因脱盐造成的海水盐分过高都可能会伤害鱼群。不过，包括潘克拉茨在内的专家都将此看作不可避免的选择。“海水淡化就像保险，”潘克拉茨说，“目前，南加州的干旱状况已经非常严重。但直至达到毁灭程度之前，人们将会一直抱怨脱盐淡水的昂贵以及脱盐过程耗费的巨大能源。”但最后，人们还是会乖乖掏出钱包的——因为那时候，你或许已经没得选择了。

　　文/JON GERTNER

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