荒野求生 挑戰貝爾_風聞

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水，是生命之源。

對全人類而言，它是社會經濟可持續發展的重要因素；對個體而言，它是日常活動和特殊狀況都必不可少的物質。

淡水資源短缺，水體污染嚴重，“水危機”是當前全世界共同面臨的挑戰。

在僅有污水、泥水、鹹水或少水的情況下，如何獲得安全可靠的淡水資源，維持生命體或基本日常需求，這對一些落後地區或特殊緊急情況，都是必須要解決的問題。

圖1 全世界的“水危機”挑戰

知名節目“荒野求生”中冒險家貝爾•格里爾斯每次在沼澤、荒島、峽谷、草原、沙漠等不同野外險境求生時，對於飲水這個必須要解決的問題所採用的巧妙方法常被人稱讚，如：挖渠積水、草垛簡單過濾、咀嚼含水野生植物等等，然而衞生和安全性問題常被忽略，那麼，有沒有一種更安全的取水方法呢？

圖2 “荒野求生”節目中貝爾飲水方法

蒸發取水，充分利用太陽的能量

蒸發是自然界十分常見的現象，它與徑流、降水作為三個主要環節共同構成地表水文循環；其中降水是地表淡水的主要來源。科學家們從這種自然現象中得到借鑑，提出加快蒸發速率來獲取淡水的策略，尤其是地球上97%的海水資源便可被利用。然而蒸發是物質從液態變成氣態的物理相變過程，它是一個需要能量輸入才可驅動發生的熱力學過程。

太陽能是一種清潔、可再生能源，高效開發和利用太陽能得到全世界的重視，是我國可持續發展戰略的重要內容；太陽能也是自然界驅動蒸發過程的主要動力來源。為此，近年來發展起來的太陽能光熱蒸發技術為淡水或清潔水的製取帶來了新希望。

圖3 自然界的蒸發現象

太陽能光熱蒸發技術主要基於一類特殊的材料，它們能夠捕獲太陽光並將其轉化成熱能，以加熱水溶液並促進蒸發，再將蒸汽冷凝收集，得到清潔水資源，這類特殊的材料就叫做“光熱轉化材料”，是加速蒸發的“超級馬達”。就像烈日下的柏油路、頭頂黑髮會特別燙，它們一定程度上都具有光熱轉化能力，只是不同材料這個能力各有大小。

通常，科學家們研究的光熱轉化材料在太陽照射下能迅速升温到60~70℃，甚至更高；而且用來蒸發的光熱轉化材料必須是多孔的能讓水汽蒸發出去。

目前開發的光熱轉化材料包括三類：等離激元材料（如金、銀等納米顆粒）、碳納米材料（如石墨烯、碳納米管等）和半導體材料（如TiO2、Ti3C4、MoO3等），不難看出，大部分光熱轉化材料成本很高，而且製備複雜、穩定性較差；這對於一些偏遠落後地區以及特殊緊急情況下，是難以利用這項技術來獲取淡水資源的。

****巧妙取水，試試水稻秸稈光熱蒸餾器

最近，中國科學院寧波材料技術與工程研究所的研究人員發展了一種低成本的、基於常見生物質來源的太陽能光熱蒸餾器。將糧食收割後的水稻秸稈再利用，一分為二。上部分葉片經過簡單碳化得到多孔碳基光吸收材料，並與纖維素材料複合製成一張高穩定性、高機械強度的多孔光熱蒸發膜，太陽光吸收達89.4%，太陽照射下表面温度能迅速達到72℃。下部分秸稈直接用來作為汲水通道和支撐體。

水稻是一種蒸騰係數很高的作物，其秸稈內部有獨特的毛細內腔和多級微納結構的壁面，這賦予了水稻秸稈非常優異的自下而上、無障礙供水能力，可將污水、泥水、鹽水等泵抽到上方；由水稻秸稈製得的光熱蒸發膜和汲水通道組裝成全生物質光熱蒸餾器。

將其放置在透明密閉蒸發腔室內進行室外海水淡化的連續模擬實驗，在晴天和多雲天氣下日產水量分別為6.4~7.9 kg m-2 和4.6~5.6 kg m-2，且水質直接達到飲用標準（鹽離子去除率保持在99.9%以上），也就是説一平米這種光熱蒸發膜製取的淡水完全能夠滿足2~3個成年人一天的飲水需求。

除了適用於海水淡化，該生物質光熱蒸餾器還可從灘塗、濕地、沼澤等含水介質中穩定提取純淨水，展現出良好的普適性，這對於野外、島礁、落後缺水地區是一項非常適用且可就地取材的淡水製取技術。

圖4 基於水稻秸稈的全生物質光熱蒸餾器設計原理

圖5 全生物質光熱蒸餾器的淡水製取能力

荒野求生，如果我是貝爾

在野外或荒島等環境下，如何就地取材進行光熱取水呢？將水稻或其他植物秸稈進行限氧碳化（也就是在非通風情況下不完全燃燒），同時將秸稈切成小段插入含水介質中（泥地、灘塗等），排成一個陣列後鋪上紗布或衣物等吸水布料，再將碳化粉體鋪在布料上，最後在這個蒸餾器上方罩上透明薄膜（塑料袋等）便可收集到可直接飲用的清潔水。這是不是比節目中貝爾的取水方法更安全可靠呢？

圖6 利用全生物質光熱蒸餾器製取淡水的適用場景

**來源：**中國科學院寧波材料技術與工程研究所