利用深海压力，从海底提取淡水

撰文｜瓦妮莎·贝茨·拉米雷斯（Vanessa bates Ramirez）

翻译｜曾欣欣

从南非开普敦到伊朗德黑兰，从秘鲁利马到美国凤凰城，全球许多城市近年来都面临缺水问题。联合国预测，未来五年全球淡水需求可能会大幅超过供应。如今，一些公司正将目光投向一个意想不到的地方——海底。这种方案旨在去除深海海水中的盐分，也被称为“海底海水淡化”技术。如果能大规模应用这项技术，或将极大缓解全球供水问题。

由于成本高昂以及能源需求问题，海水淡化始终未能在全世界大部分地区成为主流。早期的海水淡化技术会煮沸海水并冷凝蒸汽，这是一种纯粹加热的方法，耗能巨大。后来，这种方法被多级闪蒸法取代，该方法通过调控温度与压力，使盐水在多个阶段瞬间汽化，即“闪蒸”，从而分离出淡水。而近25年里，比蒸馏更高效的反渗透技术变得愈发普遍。该技术利用高压迫使海水通过仅允许水分子通过的滤膜，从而截留盐分和其他杂质。不过，将数万吨的海水加压并迫使其通过滤膜，也需要耗费大量能量。但倘若我们能利用水下数百米的压力，让这一过程自然发生呢？

这就是海底海水淡化背后的原理。反渗透舱被部署在约500米深的海底，该处巨大的静水压力能高效完成水盐分离的艰巨任务。净化后的水随后会被泵送回岸上。尽管这样的设计听起来有些超前，但实际上已有多个原型设备投入使用。相关公司正致力于降低成本，大规模海水淡化开始从蓝图变为现实。

挪威奥斯陆的Flocean公司就是其中之一。该公司创始人兼首席执行官亚历山大·富格莱桑（Alexander Fuglesang）表示，他们并没有革命性的新技术，“它本质上是一种将海底泵与现有膜过滤技术巧妙结合的系统。”其真正的优势在于节能——Flocean的能耗比传统海水淡化厂低40%~50%。同时该公司采用了模块化设计，无需定制化工程即可部署于多种深海环境。

海底环境还具有其他独特优势。与浅海区域相比，深海环境的细菌和其他微生物更少，温度和压力在局部范围内的变化也极为有限。“深海环境很容易预测，”富格莱桑表示，“一年365天几乎保持不变。”这一点与陆基工厂形成鲜明对比——后者不得不应对藻华、河流径流、风暴以及季节性温度波动等诸多挑战。此外，深海环境所需的水化学预处理更少，而且由于所有设备均位于水下，也能避免在海岸附近设置庞大、不甚美观的基础设施，从而减少当地居民的反对。

尽管海底海水淡化比陆基工厂更具优势，但想要实现商业化规模，仍需克服许多障碍。首先，其成本依然十分昂贵。陆基海水淡化的成本是从含水层或湖泊取水的数倍，即使海底技术能够将陆基成本降低40%，仍然是一种高成本的饮用水获取方式。

美国纽约大学阿布扎比分校水研究中心的创始主任尼达尔·希拉勒（Nidal Hilal）指出：“我们还需注意，即便海水完成淡化，仍需从深达600米的海底泵送上来。”希拉勒在水处理工程领域拥有超过30年的研究经验。他表示：“初步测试结果令人鼓舞，但该技术尚未得到大规模验证。”

成本低廉的可再生能源将使海底海水淡化技术更具可行性，而相关技术的持续进步也将推动其进一步发展。例如，希拉勒的研究团队正在开发一种电导反渗透膜，它能够通过电斥作用有效排斥盐离子与杂质，从而实现自清洁功能。富格莱桑指出，现有膜技术的维护间隔可达两至三年，而新型膜材料有望进一步延长这一期限。

尽管海底海水淡化技术的支持者表示，它对深海生物的影响甚微，但仍有科学家呼吁开展更多研究，以全面评估其对海洋生态系统的潜在影响。位于海面以下200至1000米之间的“弱光层（中层带）”，不仅是多种海洋生物的重要栖息地，更对碳循环、营养循环等关键海洋过程至关重要。因此，相关公司必须确保其取水作业及产生的高盐废水不会对海洋生物造成伤害，也不会显著干扰这些重要的生态过程。

鉴于海底海水淡化需要一定深度，它并非在任何海滨地点都可行。“许多沿海城市位于宽阔的大陆架上，其深水区离岸很远，”希拉勒说。相比之下，海底地形陡峭、能够快速过渡至深水区的海岸线更为理想——因为大陆架平缓的地区需要铺设很长的管道，而这将显著增加建设与运营成本。

富格莱桑并不担心技术或工程方面的难题。他认为，该行业当前最大的挑战在于如何有效协调客户、政府及金融合作伙伴。海底海水淡化技术若想实现大规模商业化，很可能需要长期的政府合同，但这可能很难实现。“水利基础设施行业相当保守，”富格莱桑指出，由于新项目如此昂贵，“几乎没有公司愿意率先全面押注于一项新兴技术。”

希拉勒表示，他相信海底海水淡化技术能够成为主流，为整个城市供水。但他补充道：“达到真正的城市规模需要时间，可能还要十年或更久。”

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