黃德揆

水和空氣，乃生命之源，是地球上動植物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)。乍看起來，地球上的水與它周圍的大氣，各守各的疆界，井水不犯河水。其實并非如此，水和空氣之間通過降雨和蒸發(fā)等形式進(jìn)行物質(zhì)交換。所以，水中有空氣，空氣中存在水。

“空中取水”的方法：擠壓空氣

眾所周知，地球上水的總儲量約13億立方千米，地球表面的71%被水覆蓋,地球享有水球之譽?？墒?，供人類利用的淡水，僅占其中的2.5%。而這些淡水的70%，又被南、北極的冰山所困。剩下的、占總數(shù)僅0.3%的淡水，流進(jìn)了人類生活?？梢姡瑸槿祟惱玫牡Y源太少。當(dāng)前，世界上有12億人喝不上干凈的飲用水，有24億人得不到足夠的飲用水，每年有340萬人死于與水有關(guān)的疾病，而且水荒還在加劇。有關(guān)專家認(rèn)為21世紀(jì)，人類首先面臨的問題將是水危機(jī)。

解決水危機(jī)是全人類共同面對的大課題，需要全人類的共同努力。德國工程師胡貝特·哈姆，受制冷機(jī)工作時產(chǎn)生的“冷凝水”所啟示，提出挖掘現(xiàn)有技術(shù)潛力，對空氣進(jìn)行“擠壓”，把濕潤空氣中所含的水分“擠”出來，再對水進(jìn)行凈化處理，使之符合飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，來解決全球飲用水匱乏這個大課題。因為地球周圍的大氣中包含著豐富的水，它們受壓縮機(jī)擠壓時，其中的水蒸氣將凝結(jié)成水。

胡貝特·哈姆的設(shè)想，能否緩解人類所需的飲用水問題呢？

在大自然中，水與大氣之間的物質(zhì)交換從未停止，每年從海洋和河流蒸發(fā)到大氣中的水，大約有50萬立方千米，這其中的大部分又以降水的形式返回海洋。但是，大氣層中仍保存有大量水分。誠如專家們指出，地球大氣中所含的水分，比地球上江河湖泊里水的總儲量還多10倍。即便在沙漠地區(qū)，空氣相對濕度很小，其中仍不乏水蒸氣。沙漠蜘蛛等昆蟲，不就是直接從干燥的空氣中獲取小水滴的嗎？ 再說地球上缺乏飲用水的國家，大多分布在平均氣溫高于20攝氏度的氣候帶，那里的空氣濕度一般為75%。這意味著那些地方每千克空氣里含16克水。如果壓縮空氣將溫度降低10攝氏度，1千克空氣中可回收8克水。這意味著擠壓空氣取水，有廣泛的物質(zhì)基礎(chǔ)，這也是科學(xué)界看好胡貝特·哈姆設(shè)想的原因。

長期與制冷設(shè)備打交道的胡貝特·哈姆，知道合理利用壓縮機(jī)生產(chǎn)飲用水的可能性。因為這種方法為炎熱地區(qū)居民送去清涼時，還產(chǎn)生冷凝水，何必讓這些水白白浪費呢？再說擠壓空氣獲得淡水法，比淡化海水節(jié)省能量和開支。由于“制水設(shè)備”的耗電量顯然很大，所以他打算盡可能多的利用風(fēng)能和太陽能，以便讓更多干凈廉價的能源加盟，共同解決能源不足的問題。

水中取氣靠降壓

和“擠壓空氣”解決水危機(jī)的方法相比，人類利用水中溶解空氣的研究要早得多。因為構(gòu)成魚鰓的鰓片上，遍布微血管。魚鰓通過微血管作用，呼吸溶解在水中的空氣。所以水中的魚，時刻呼吸到新鮮氧氣，同時排除二氧化碳。再說自然界飄忽不定的風(fēng)、大海上此起彼伏的波濤、海面下的洋流，都在幫助海水溶解并傳播少量的空氣。測量表明，海面下200米深處，仍然有15%的溶解空氣，魚可以自由自在地進(jìn)行吐故納新。

在魚的啟發(fā)下，科學(xué)家率先用硅橡膠薄膜造出人工鰓，供老鼠在水中呼吸用。接著，又研制出供人在水中呼吸的人工鰓。不足的是，這些人工鰓有的效率不高，有的使用很不方便。所以，潛水員在水下作業(yè)時，總離不開笨重的氧氣瓶，還須靠隨身攜帶的氧氣瓶供應(yīng)氧氣。這種傳統(tǒng)的呼吸方式，使?jié)撍畣T的活動受限制，特別是長時間水下作業(yè)時，需要不斷上岸更換氧氣瓶。而氧氣瓶又不能多帶，否則會影響潛水員在水中的動作平衡，不利于水下作業(yè)。

為改善潛水員和潛艇工作環(huán)境，提高效率，以色列發(fā)明家阿隆·博德納則另辟蹊徑，創(chuàng)造出一個全新裝置，以幫助小型潛水艇和潛水員，像魚一樣自由呼吸溶解在水中的空氣，從而徹底擺脫笨重的氧氣瓶。

根據(jù)物理學(xué)定律，液體中的氣體溶解度，與它受到的壓強(qiáng)成正比。對水來說，當(dāng)它的壓強(qiáng)增大時，溶解的氣體相對多些。壓強(qiáng)減小時，就會有更多的溶解空氣從水中逸出。于是，阿隆·博德納設(shè)計出一個由電池供電的小型密封裝置。該裝置中離心機(jī)在水中高速旋轉(zhuǎn)時，水體壓強(qiáng)減小，溶解在水里的空氣不斷排出。實驗中，一臺由鋰電池供電的小型離心裝置，每次獲得的溶解空氣，可供潛水員工作1小時。

現(xiàn)在，以色列海軍有關(guān)部門和一些生產(chǎn)潛水設(shè)備的廠家，對博德納的制氧裝置表現(xiàn)出濃厚興趣。他們相信這一新裝置投放市場后，有望使?jié)撍聵I(yè)出現(xiàn)新面貌和新變化。

綜上所述，我們不難看出無論是靠擠壓空氣獲取飲用水，還是靠降壓釋放水中空氣的方法，都充分體現(xiàn)了科學(xué)家慧眼獨具的創(chuàng)新精神。正像詩人所說：“天機(jī)云錦隨我用，剪裁妙趣非刀尺?！?/p>

【責(zé)任編輯】李金