饮用水

在一个没有河流和湖泊的国家，沙特阿拉伯开展了其历史上最雄心勃勃的工程之一：一个从海洋向沙漠中的城市和乡村输送饮用水的巨型地下河。 在烈日下，自然水资源稀缺，这条“人工河”成为国家水资源战略的支柱。 从红海到沙漠腹地 过程始于拉斯·莫海森，在那里，巨大的海水淡化厂通过反渗透过滤和净化每一滴水。水被净化后，通过地下管道输送数公里，经过泵站，最终到达从未直接接触过海洋的社区。 这不是一条自然河流，而是一条工程河流，它挑战干旱和极端高温，将生命带到曾经只有贫瘠土地的地方。该工厂将在2028年开始部分生产，并在2030年达到其全部产能。 长期水资源战略 沙特阿拉伯目前在17个战略点运营着31座海水淡化厂，拥有超过10,000名员工。此外，新工厂正在建设中，扩建计划的投资已超过240亿美元。 海水淡化水的生产使该国能够应对其历史性的水资源短缺，并满足家庭、农业和工业日益增长的需求。第一座工厂于1907年启用，标志着一项长期战略的开始，没有这项战略，该国不可能像现在这样繁荣。 中东的共同挑战 沙特阿拉伯并不孤单。在中东，这个地球上最干旱的地区之一，海水淡化已成为迫切需要。 极端气候、稀少降雨和贫瘠土壤与强大的经济形成对比，石油资源推动了大规模技术解决方案的投资。 全球趋势 如今，全球超过150个国家和地区使用海水淡化厂和设备来应对水资源短缺。从沙漠地区到资源有限的岛屿，技术证明可以逆转恶劣条件，确保获得饮用水。 沙特阿拉伯的“地下河”象征着工程和创新如何改变干旱地区的生活。它不仅是一项基础设施工程，更是对水资源可持续性的承诺，也是技术如何将沙漠变为宜居之地的例证。

在坦迪尔的Tarraubella社区，居民多年来一直生活在危机中，因为他们多年来没有饮用水。 平原地区的家庭每年夏天都面临同样的危机：不稳定的连接使他们的家在白天没有供水。 UNICEN的兽医学院的分析发现，超过80%的样本由于近期的粪便污染不适合饮用。 面对这一严峻局势，居民向市政府提交了可行性申请，以便省政府推进基础设施建设。 没有饮用水和连接不良的夏天 住在以塔命名的社区附近的家庭通过不稳定的连接获取水源。 “12户人家共用一根水管”，居民们向El Eco de Tandil讲述道。 连接到网络的水管“形成了一张蜘蛛网”，通常经过非常靠近化粪池的地方。 这种情况对等待解决方案多年的家庭构成了明显的卫生风险。 “现在没有水，直接没有。白天没有，必须在9点左右切断。晚上我们睡觉时才来水”，住在平原的Damián说道。到新年时，他们已经有一个半星期没有饮用水了。 在Tarraubella, Tandil获取供水的日常困境 居民们开发了生存策略来应对供水不足： 晚上留下桶和打开的水龙头收集水 装满桶来填满热水瓶以便洗澡 在冰箱里存放瓶装水以备使用 购买20升的桶装水用于饮用 煮沸水并添加漂白剂以净化 “我们装了两个桶来填满热水瓶以便洗澡。并把瓶子放在冰箱里”，住在这里超过十年的Mariana, Romina和Natalia补充道。 对服务的要求至少可以追溯到他们到达社区的时候。 “我们去过Del Valle的社会发展部，与那里的工作人员交谈，但没有得到回应”，居民们感叹道。 污染确认和卫生风险 兽医学院的研究结果明确：家庭使用的水不适合饮用。 “水经过很多地方，经过井，还有动物出没的地方”，居民指出。 兽医学院指出，问题的一部分是水管没有高于地面，许多有泄漏。 部分家庭在得知研究结果后开始购买桶装水。 “我们必须煮沸水，并给我们一些滴管”，居民们通过社区委员会参加了一次关于饮用水处理的讲座。 “例如，我购买桶装水，四到五个20升的桶。但为了做饭，我会煮沸水，每升加两滴漂白剂”，另一位社区居民说道。 向市政府的申请旨在获得技术可行性，以便省政府为家庭内部连接提供资金并资助扩展网络。 这些工程将包括在塔楼区域现有网络的扩展。 居民的担忧不仅在于饮用水的供应，还在于他们在夏天用来降温的水。 Tarraubella平原的景象显示孩子们在可能被污染且不适合饮用的水中玩耍。

Más de 22亿人在世界上缺乏安全饮用水的保障。这个问题不仅限于贫困地区：即使在拥有先进基础设施的国家，数百万人依赖于脆弱且易受干旱、污染或供应故障影响的系统。 面对河流、水库和含水层的枯竭，麻省理工学院的一组工程师决定将目光投向大气层，在那里存在着一个巨大的资源：水蒸气。 从空气中捕获水的面板 所开发的设备大小如同一个家用窗户，基于一个高吸水性水凝胶，置于一个带有外部涂层的玻璃腔中，以促进凝结。其外观类似于深色气泡塑料，每个圆顶最大化与空气的接触。 夜间，水凝胶吸收水蒸气并膨胀。 白天，环境热量释放出蒸汽，蒸汽在较冷的玻璃上凝结。 液态水靠重力下降，并被简单的管道收集。 不需要马达、泵或电力：仅通过材料和热量的自然动态运作。 极端条件下的测试 该系统在死亡谷安装了一周，这是大陆上最干旱的地方之一。尽管湿度低（接近21%）、极端温度和强烈辐射，该设备每天生产57至161.5毫升的饮用水。虽然这个数字看起来很小，但超过了许多现有的被动系统，并与需要外部能源的主动设计竞争。 关键在于可扩展性：多个面板并排，占用空间小并垂直放置，可以满足一个家庭的基本需求。 应对盐污染的创新 基于水凝胶的系统的历史问题之一是盐分的泄漏，如氯化锂，会污染收集的水。麻省理工学院通过在水凝胶中加入甘油解决了这一挑战： 稳定材料内的盐分。 防止其结晶。 大幅减少其泄漏。 水凝胶不含纳米孔，进一步限制了盐分的流出。 结果是水中的盐分远低于饮用水的限值，无需过滤或额外处理。 潜力和应用 该系统被设计为资源有限地区的可行解决方案，在这些地区安装太阳能板很困难，维护必须最小化。其可能的应用包括： 集成在干旱地区住宅中的面板。 极端干旱中的紧急系统。 难民营的基本供水。 减少瓶装水的运输。 作为当地水基础设施的补充。 研究的未来 团队计划优化材料、改善几何形状，并在不同气候中测试多面板配置。他们还探索使用超材料，能够放大有用的振动或提高抗性而不增加质量或材料消耗。 麻省理工学院的设备不是一个奇迹解决方案，但确实是一种不同思考获取水的方式：利用一个无处不在且迄今为止未充分利用的资源。空气无处不在，湿度也是。有时，最具变革性的解决方案并不来自大型基础设施，而是来自智能材料，设计良好并放置在最需要的地方。

太阳能正在经历深刻的变革。除了传统的太阳能板外，还出现了诸如双面板、太阳能窗户和光伏地板等创新。 然而，一项新技术正在引起全球关注：太阳能水面板，能够利用太阳能和空气-水技术直接从大气中生成饮用水。 什么是水面板及其工作原理？ 水面板结合了太阳能捕获与从空气中提取水蒸气的系统，将其凝结并矿化以提供干净、安全且口感良好的水。 这项技术由亚利桑那州立大学的教授Cody Friesen开发，如今由如Source Global这样的公司进行商业化，该公司得到了突破能源投资（比尔·盖茨）、贝莱德和杜克能源等投资者的支持。 “Source系统将阳光和空气转化为液态水，矿化后即可饮用”，公司解释道。 实际应用：从沙漠到大学 阿曼穆斯卡特国家科学与工程大学进行的一项研究评估了在其建筑中安装120个水面板。在一个半沙漠地区，使用塑料瓶是常态，该系统将允许： 每年节省48,000阿曼里亚尔的瓶装水消费 每年减少37,984千瓦时的生产和运输能源 避免每瓶装一升水需耗费3升水，在水资源匮乏的情况下这是不可持续的 拉丁美洲的先锋企业 在该地区，AWA Solar脱颖而出，这是一家智利公司，通过水面板生产100%可持续的瓶装水。 尽管其产品仍然具有高成本，但它为水源污染或不可靠的地区提供了一种可行的替代方案。 环境和社会效益 这些新型太阳能板的特点是： 减少一次性塑料的使用 降低对瓶装水的依赖 在干旱或偏远地区获得饮用水 通过混合技术高效利用自然资源 挑战与展望 尽管水面板仍需更多的测试、可扩展性和成本降低，其潜力巨大。它们可能成为对脆弱社区、农村学校、偏远地区医院和受气候变化影响地区的结构性解决方案。 太阳能不仅仅是发电：现在还可以生产清洁水，为能源转型和水资源正义开启了新篇章。 水面板展示了技术创新如何以可持续和可复制的解决方案回应紧迫需求。

在2018年，加州大学伯克利分校提出了一项可能改变极端缺水地区饮用水获取方式的突破性进展。极端缺水。 化学家奥马尔·亚吉与北川进和理查德·罗布森因开发出金属有机框架（MOF）而获得诺贝尔化学奖，该框架能够仅利用阳光从空气中捕获水分。 太阳能水捕获装置的工作原理 一个被动系统，依靠多孔材料和太阳辐射，昼夜运作。 在亚利桑那沙漠测试的原型使用了一种名为MOF-801的材料，由锆制成，能够吸收夜间湿气并通过太阳加热在白天释放。 设计包括一个内部装有MOF的箱子，由透明的外部结构保护。夜间打开以捕获湿润空气；白天关闭以积聚热量，从而导致蒸汽在墙壁上凝结并随后收集。 “它在环境温度下运作，仅需环境阳光，无需额外能源投入，”亚吉强调。 效率和可及性的进展 基于铝的MOF-303版本成本降低150倍，捕获能力翻倍。 在最佳条件下，MOF-801每公斤材料可生产200毫升水。新变体MOF-303每公斤可达到超过400毫升，这在性能和可扩展性方面是一个显著的飞跃。此外，该系统即使在露点低于零的情况下也能工作，这使其成为干旱和沙漠地区的理想选择。 沙漠中的水资源短缺：原因和后果 高蒸发、过度开发和气候变化加剧了水危机。 降水少且蒸发量大：限制了水的可用性 需求增加和单一作物种植：对含水层造成不可持续的压力 气候变化：改变降雨模式并加速沙漠化 土壤退化：侵蚀和水分保持能力的丧失 社会和环境影响： 由于资源稀缺而导致的大规模迁移和冲突 生物多样性丧失和干旱地区扩张 农业生产力低下和粮食不安全 应对水危机的可持续解决方案 技术、土地管理和环境教育是韧性的支柱。 雾收集和灰水再利用 高效地下水提取 植被恢复和沙丘控制 可持续农业和合理用水 提高对水资源价值的认识 国际合作管理共享含水层 应用科学实现更公平的水资源未来 MOF技术为供应脆弱社区开辟了新的可能性。 这种创新表明可以在没有复杂基础设施和能源消耗的情况下将空气转化为饮用水。 在一个水资源日益稀缺的世界中，这样的解决方案可以赋予社区权力，减少冲突，并增强气候韧性。