每年都擔心缺水，為何不用海水淡化？低耗能的海水淡化科技登場！台灣缺水問題，可能是因為水價太便宜！？

這幾年颱風都不臺風了 彷彿被我們臺灣本島的AT力場隔阻在外 總是甩尾或擦邊而過 雖然少了可能的災情 但也讓臺灣面對嚴峻的缺水問題 尤其曾文水庫持續探底 南部的水情特別不樂觀 如果冬、春季的鋒面也無法帶來雨量 無疑是雪上加霜啊 啊不對 連雨都沒有了哪來的雪跟霜呢 那麼除了積極人工增雨 開發伏流水之外 你或許也想過 既然臺灣四面都是取之不盡的海水 澎湖早在1993年 就建造了國內第一座海水淡化廠 為何至今海水淡化卻還沒有普及呢 我們有機會透過海水淡化 在節目正式開始之前 我們先問大家一個問題 根據國際水協會IWA的調查 全球33個國家178個城市中 若將各國的水費由高到低排序 你覺得水情時常亮紅燈的臺灣 排名第幾呢 要是你看完這集覺得內容不錯 歡迎使用超級感謝 你的每一次支持 都是對我們最大的鼓勵 臺灣的水價在世界各國中 排名第幾名呢 答案是倒數第四名 沒錯 時常面臨缺水之苦的我們 水費是33國裡頭排名第30 如果以水費負擔率 也就是年水費除以人均GDP來看 臺灣在33個國家中排名則是28名 總之不管從絕對水價 或是水費對個人的負擔來看 這一點請大家先記著 我們待會再回來談 我想這幾年來國內缺水的問題 相信大家都很有感 而且不只臺灣 氣候變遷加上人口成長的雙重衝擊 讓許多地區的人民沒辦法獲得 穩定的淡水供應 根據調查 全球有40億人 會在一年中至少有一個月受缺水所苦 也就是說 全球將近三分之二的人口 沒辦法獲得人類最基本的生存物資 但別忘了 地球70%的面積都是被水所覆蓋 海水是我們身邊取之不盡 用之不竭的巨大水庫 雖然少年Pi有告訴我們 缺水的時候不要喝海水 要不然水分會流失得更快 哎？那把海水 變成可飲用的淡水不就好了嗎 實際上 要將海水淡化也不需要什麼先進科技 只要將水分蒸發 再收集水蒸氣 使它們凝結成水就可以啦 曬乾後的海水還會留下天然的海鹽 可以說是一舉兩得 這種加熱蒸餾法唯一的問題就是 效率實在是不太好 水的特性之一 就是沸騰時會消耗大量的能量 要將一鍋100度的水燒乾 所需要的能量 已經可以將5鍋水 從0度加熱到100度 不止如此 讓水蒸氣凝結成液態水的過程 同樣需要耗費許多能量來進行冷卻 總而言之啊 這種將水變成水蒸氣 再變回來的蒸餾法 從能量效率的角度來看相當不划算 很難規模化量產淡水 想要淡化海水 能源消耗是很重要的考量因素 如果要用化石燃料或電能 來大量蒸餾海水 對大多數國家來說 是筆相當沉重的開銷 在還沒解決用水問題之前 就先陷入能源危機了 因此目前各國的大型海水淡化廠 都不採用加熱蒸餾法 而是使用大家很常聽到的逆滲透 逆滲透顧名思義就是逆向的滲透作用 這是什麼意思呢 如果杯子中同時存在鹽水跟淡水 中間用一片 只有水分子能通過的特殊半透膜隔開 這時候水就會自己穿過半透膜 移向較鹹的那一側 這種驅使水分 由低濃度前往高濃度區域的現象 就稱為滲透 雖然眼睛看不見 但滲透卻會產生一種真實的壓力 滲透壓足以跟重力抗衡 在半透膜兩側 形成一高一低的水位 但是我們海水淡化 是要將海水變成淡水 所以反過來想 我們將鹹水放在高濃度的這一側 並且用力推 推贏了水的滲透壓 水分就會逆流到淡水那邊 這就是逆滲透 決定逆滲透效率的一個重要因素 就是逆滲透膜的材質 目前啊 不論是海水淡化廠 還是你家廚房的飲水機 大都是用一種叫做芳香族聚醯胺的材質 作為逆滲透膜來進行淨水 這種材料的出現 讓逆滲透的濾水效率大幅提升 只要花費蒸餾法十分之一的能量 就可以得到等量的淡水 這讓逆滲透法擊敗了其他競爭者 成為最普遍 也最容易規模化的淨水模式 雖然這樣說 可是想要用高壓逆滲透來淡化海水 還是要付出非常可觀的能量 首先 海水中可不是隻有鹽分 還有各式各樣的懸浮物 金屬離子與微生物 如果不先去除這些雜質 逆滲透膜上給水分子通過的微小孔洞 很快便會堵塞 因此 海水得先通過一系列的過濾與處理 才能真正進入逆滲透處理 而且啊 隨著逆滲透產出淡水 剩餘海水的鹹度也會逐漸變高 需要更大的壓力 纔能夠對抗持續增加的滲透壓 也就是說 要將所有抽上來的海水淡化 在實務上是不可能的 一般而言 最後會剩下重量約一半的海水 這些濃縮海水鹹度特別高 被稱為鹵水 這些鹵水最後還要再透過管線 排回到海洋中 講到這邊 我們已經能夠解答開頭提出的問題 那就是為什麼海水淡化沒有普及 為什麼不用海水淡化 來永久擺脫缺水呢 答案就是成本跟自來水價差太多了 逆滲透淡化的程序相當繁複 而且每個環節都要耗電 不僅浪費能源 成本也超高 根據水利署的資料 臺灣海水淡化的平均成本 約為一度30~40元 遠高於臺灣的平均家戶水價每度9.24元 當然沒有自來水公司願意做這種賠本生意 臺灣的水價真的很低 是國際水協會調查33個國家中的第四低 這也是海水淡化發展的瓶頸 但如果先撇除水價問題 我們能不能找到 不同於逆滲透的新方法 進一步壓低海水淡化的成本呢 全球各地有許多勇於探索的研究團隊 持續在尋找全新的海水淡化技術 這些技術以永續發展為目標 利用再生能源或是新穎材料 來產出淡水資源 例如加拿大的新創公司Oneka便想到 既然主要的目標是海水 就不要浪費力氣把海水抽上岸了 直接把逆滲透機組 打造成像是救生小艇一樣的形狀 漂浮在海面上 更神奇的是 這些小艇竟然完全不需要用電 原來啊 Oneka的逆滲透機組 直接以海浪作為能量來源 這些小艇以纜線固定在海牀上 當浪頭上升時 便提供了逆滲透所需的水壓 可以說是100%取之於海洋 發揮海洋的力量 淨化完成的淡水 則可以直接透過海底管線 流向岸邊的集水裝置 Oneka已經與智利中部海岸的海濱小鎮 阿爾加羅沃合作 在碼頭安裝了這些小艇 每臺小艇 每天最多可以提供1500人的日常用水 依照這樣的規模 只要在岸邊佈置十幾臺小艇 就足以供應一個小型海濱社區 達成用水自由 是不是非常神奇呢 除了逆滲透之外 也有人回過頭 嘗試開發新形態的蒸餾法 來淡化海水 雖然蒸餾法需要耗費很多能量 但如果這些是本來不用白不用的熱能 像是太陽能或是發電廠的廢熱呢 這些廢熱 除了可以用在我們之前提到過的 廢熱發電 也能夠用在蒸餾 而且啊 由於蒸餾法的構造跟原理相對簡單 在一些小規模的應用中 反而具有成本上的優勢 科學家呢 打造出這些 看起來像黑色菜瓜布的裝置 其實就是構造非常簡單的 3D日光蒸餾裝置 而且啊 它們是能源效率極高的結構 除了吸收太陽熱能之外 還會從環境中偷來更多熱能 達到170%的能量收集率 超過100分 哎？超過100%的效率 聽起來不可能達成啊 但這可是千真萬確的數據 就像酒精從你手上蒸發時 會帶走你皮膚上的熱一樣 水分蒸發時也會帶走熱量 讓蒸餾氣內部維持在比周遭環境低的溫度 所以太陽能熱量 不只不會散失 周遭空氣的熱量 還會流入系統中 總共用於蒸發的熱能 比吸收的太陽能還多出70% 因此纔有這個超乎常理的效率表現 這種獨特的設計 每天每平方公尺可以蒸餾出 10~20公升的淡水 雖然量聽起來不多 但是體積小而且效率高 可以將家庭廢水作為再生水再次使用 對缺水地區的家庭與社區 是實用的解方 除了有效利用各種再生能源 來進行逆滲透或蒸餾 有一組來自臺灣的研究團隊 在今年初提出了一種 全新的做法 陽明交大生命科學暨基因體科學研究所的 許世宜教授發現 水珠在某些特別的仿生材料上 會自動往某個方向擴散 等於是一個不用插電的 奈米級抽水馬達 他們所研究的這種材料 叫做類澱粉蛋白 沒錯 就是會堆積在大腦組織中 造成阿茲海默症的元兇 研究團隊發現 在許多類澱粉蛋白排列成的薄膜上 表面能量 會出現獨特的不對稱鋸齒形狀 引導水分子往單一方向移動 只要用這種薄膜製造一個奈米吸管 水分子便會自動由一側流往另一側 不只如此 只要稍微改變結構中的胺基酸分子 就可以在抽水的過程中 將結成鹽巴的離子排除在外 達成100%的去鹽效率 實現了不靠外部能源 單純透過材料表面化學性質 來完成海水淡化的可能性 雖然這份研究 目前是以奈米尺度的電腦模擬進行 離規模化跟商業化還有一段長路 不過研究團隊估計 一片10公分見方的類澱粉蛋白膜 不需要輸入能量 就可以在一天內產出2.5噸的淡水 而且只要額外施加小小的5大氣壓 就可以將產量提升到每天3.6公噸 單位面積產水量 是傳統逆滲透的200倍 所需的壓力也小很多 非常有潛力成為未來低耗能 高產量的海水淡化方案 講到這裡 逆滲透跟三種新式的海水淡化方法 都已經端出來了 那臺灣目前 真正進入民生的海水淡化進度 進展如何呢 儘管最近有那麼多令人期待的新技術 但是臺灣的水情 或許沒辦法等到這些技術發展成熟 老字號的逆滲透海水淡化廠 依然是補充匱乏水資源的重要方案 臺灣國內其實早就有多座海水淡化廠 不過主要集中於離島 目前水利署已經開始推動 在本島六縣市興建大型海水淡化廠 目標是每個廠每日都能產出 5~20萬噸的淡水 至於耗電問題 根據水利署相關單位 在環評會議中的說明 除了搭配光電與能源回收設施之外 海水淡化會發生在 儘量與用電高峯的夏季隔開 降低電能負載 除了耗能之外 還有一點需要注意 就是海淡廠排放的高鹽度鹵水 是否會對周圍環境跟生態造成影響 雖然目前透過電腦模擬鹵水排放 結果發現附近海域鹽度增量只有3%到4% 影響看起來並不明顯 未來對生態以及用電是否造成衝擊 還需要持續觀察 最後 就如同我們前面談到的 海水淡化是否能普及這個問題 除了技術是否到位之外 還有一個關鍵問題值得我們討論 那就是臺灣的水費是否真的太低了 很多人都知道 臺灣每年每人可分配的降雨量 只有世界平均的五分之一 位列全球排名第18的缺水國家 然而我們的水費卻是世界第四低 相比跟我們一樣是島國 而且水資源不足的日本跟新加坡 他們的水價約為一度30元跟37元 是我們一度9.24元的三倍以上 這個價錢 與海水淡化目前30～40元的成本相比 就會讓海水淡化顯得可以接受 你覺得呢 海水淡化 會成為拯救人類用水的明日科技嗎 臺灣又該怎麼解決缺水問題呢 你是覺得提高水費勢在必行 除了節水還能鼓勵海水淡化科技嗎 或是你認為應該要立法要求社區、工廠 廣設再生水的回收裝置 一滴水要用N次呢 還是你覺得與其海水淡化 直接新設水庫 讓這些好水不下海更好 或是你認為水費怎麼會嫌低呢 維持低廉水價 才能保持臺灣的競爭力啊 更多你認為應該嘗試的方法 歡迎留言告訴我們吧 好的以上就是本集內容 歡迎使用超級感謝或是分享給朋友 你的支持讓我們倍感榮幸 記得訂閱頻道 開啟小鈴鐺 加入我們的頻道會員 鎖定更多精彩科學新知、科學議題 我們下次再見