擺脫缺水危機：四面環海的台灣，有可能好好利用我們身邊的海水嗎？

這幾年颱風都不颱風了，彷彿被台灣本島的 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，但也讓台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，啊不對，連雨都沒有，哪來的雪跟霜呢？

那麼除了積極人工造雨、開發伏流水以外，你或許也想過，既然台灣四面都是取之不盡的海水，為什麼我們不能好好利用呢？實際上，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，永永遠遠擺脫缺水危機嗎？

海水淡化效率如何？能源消耗是重要的考量因素

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，再蒐集水蒸氣使它們凝結成水就可以了。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。要將一鍋一百度的水燒乾所需的能量，已經可以將五鍋水從零度加熱到一百度。不只如此，要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。總的來說，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和淡水，中間用一片只有水分子能通過的特殊半透膜隔開，這時候水就就會自己穿過半透膜移向較鹹的那側。這種「驅使水分從低濃度前往高濃度區域的現象」就稱為「滲透」。

半透膜上的滲透過程。此過程中，水分會從溶質（藍色點點）濃度較低的區域網濃度較高的區域移動。圖／維基百科

雖然眼睛看不見，但滲透卻會產生一種真實的壓力——滲透壓，滲透壓足以和重力抗衡，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這一側，並且用力推，推贏了水的滲透壓，水份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。目前而言，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，做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。

賠本生意沒人做：脫穎而出的「逆滲透」技術，仍然無法擺脫可觀的成本

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，海水中可不是只有鹽份，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，需要更大的壓力才能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海洋中。

講到這邊，我們已經能解答開頭提出的問題，為什麼海水淡化沒有普及？為何不用海水淡化來永久擺脫缺水？答案就是成本與自來水價差太多了。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，根據水利署資料，台灣海水淡化的平均成本約為一度30~40元，遠高於台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。

沒有其他壓低成本的方法嗎？

台灣的水價真的很低，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？

神奇的抽水小艇

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！

只要你懂海，海就會幫你！原來，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床上。當浪頭上升時，便提供了逆滲透所需的水壓。可以說是百分之百取之於海洋，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 公司的海水淡化技術。圖／Onekawater

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，每台小艇每天最多可以提供1500人的日常用水。依照此規模，只要在岸邊布置十餘台小艇，就足以供應一個小型海濱社區達成「用水自由」。

廢「熱」再利用

除了逆滲透之外，也有人回過頭，嘗試重新開發新型態的蒸餾法來淡化海水。雖然蒸餾法需要耗費很多能量，但如果這些是本來就不用白不用的熱能，像是太陽能或發電廠的廢熱呢？這些廢熱，除了可以用在我們先前提到過廢熱發電，也能用在蒸餾，而且由於蒸餾法的構造和原理相對簡單，在一些小規模的應用中反而具有成本上的優勢。

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。

仿生材料「類澱粉蛋白」

除了有效利用各種再生能源來進行逆滲透或蒸餾，有一組來自台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，水珠在某種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，就是會卡在腦血管中，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。

雖然這份研究目前是以奈米尺度的電腦模擬進行，離規模化和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，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兩百倍，所需壓力也小很多，非常有潛力成為未來低耗能、高產量的海水淡化方案。

面對常見的缺水問題，台灣現在能做什麼？

僅管最近有這麼多令人期待的新技術，但是台灣的水情或許沒辦法等到這些技術發展成熟來進駐。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。台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 10 月到隔年 5 月的枯水期，盡量與用電高峰的夏季隔開，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，是否會對周圍環境與生態造成影響。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僅有 3~4%，影響看起來並不明顯。未來對生態與用電是否造成衝擊，還需要持續觀察。

最後，就如同我們前面講到的，海水淡化是否能普及這個問題，除了技術是否到位外，還有一個關鍵問題值得我們討論，那就是台灣的水費，是否真的太低了？

台灣的水價定位問題值得討論。圖／envatoelements

很多人都知道台灣每年每人可分配的降雨量，僅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且水資源不足的日本與新加坡，它們的水價約為一度 30 元和 37 元，是我們一度 9.24 元的三倍以上。而這個價錢，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。

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