John H. Lienhard V 博士,PhDPE – 麻省理工学院安利捷世界供水与食品安全实验室主任

在未来 80 年间,世界人口必将以空前速度增长。到 2030 年,联合国预测全球人口将达到 85 亿 – 从 2015 年起的区区 15 年内增长 12 亿人口。而据预测,到 2050 年,人口将达到 97 亿,2100 年则达到 112 亿[1]。

这些数字令人吃惊,不只是因为人口增长率如此之高,还因为人口增长中的很大一部分预期将会发生在还在努力满足目前人口粮食和水需求的地区。我们的星球面临着不可避免的压力,包括土地使用及其对环境影响方面的巨大变革,这些压力只会放大食品与饮水安全的挑战,因为两者之间存在着内部联系。

确保民众能够得到清洁水已经成为世界各地政府面临的最大挑战之一。尽管 70% 的地球被水覆盖,但只有 0.007% [R1]的水是可以供人类使用的淡水[2]。目前世界有大约 20% 的人口居住在缺水地区[3]。业已有限的资源面临着日益增长的压力,这意味着还有 5 亿人口正在走向这一困境。

令人担忧的是,前景可能会变得更糟。大约四分之一的世界人口居住在拥有充足天然水供应的国家,但不具备用于净化和分配来自河流和蓄水层的水的基础设施。 

随着这些国家人口的增长,水短缺和经济用水短缺的综合影响意味着,到 2025 年,世界三分之二的地区可能面临缺水状况。[4]

除此之外,世界银行的数据[5]表明,到 2050 年,所需的粮食产量至少比现在多 50%,届时气候变化预期将对世界最脆弱地区的水资源可利用量和作物产量产生重大影响。

目前的状况显然不具有可持续性。

中东影响

不难想象,中东、北非和土耳其 (MENAT) 地区已经是世界最干旱的地区,也是世界最缺水国家中 12 个国家所在地,可能最先面临任何即将发生的粮食和水危机。这种情况很可能产生深入的社会和经济影响。

世界银行认为,未来 30 年内,水短缺可能是移民、潜在冲突和粮食价格升高背后的主要驱动因素。

世界银行表示,反复无常的粮食价格已经是“新常态”,并且提出,较高的粮食价格会导致贫困家庭“无力供子女上学并食用更加廉价、营养更少的食物。这将对数以百万的年轻人口带来社交、身体和心理健康上的终身影响。”[6]

水短缺同时还会直接影响人们的就业前景。据联合国估计,世界大约 80% 的有效劳动力要么严重依赖水(例如农业、林业、内陆渔业、粮食和发电),要么中度依赖水(例如建筑、娱乐、交通和制造)。[7]

对阿拉伯地区来说,水短缺对农村地区有着特别影响,这里的地下水资源被耗尽,成为收入水平下降的一大原因。除落后的农业生产力和较低的灌溉效率以外,水短缺也被认为是对该地区农村区域的就业创造和保留存在直接影响的一个因素。[8]

没时间自满

有理由说,水短缺和粮食安全问题的紧迫性和规模仍未获得充分的公开讨论。这两大问题都未能像其他话题如气候变化那样进入主流舆论。对世界相当数量的人口来说,这些都是未被重视的挑战。然而,这些问题无法忽视。

已经有人尝试解决这些问题。然而,能源密集型脱盐工厂已经带来转机。因此,该国宁愿现在就提高化石燃料的消耗水平,以确保水供应的安全,也不愿耗尽国内的淡水储存,这显然不是长久之计。 

解决这些迫切问题需要完全不同的方式;这种方式需要结合世界级研究与创新和全球投资与实施。

为可持续的成功未来而投资

2014 年,Mohammed Jameel 对美国麻省理工学院(MIT)提供重大捐赠,创建安利捷世界供水与食品安全实验室 (J-WAFS),2015 年,安利捷慈善机构 “Community Jameel”(知名沙特企业安利捷的可持续社会企业机构)提供另一项重大奖励,启动 J-WAFS 解决方案计划。

J-WAFS 利用世界领先专家和创新者的知识和经验,研究、开发和商业化下一代技术,以解决水供应和粮食安全问题。

J-WAFS 和非常独特的 Community Jameel 愿景保持一致,努力从根源解决社会问题,“授社区以渔”,而非只是减轻症状。J-WAFS 很荣幸得到麻省理工学院(MIT)知名校友 Mohammed Jameel 的支持。得益于他的远见和支持,实验室得以汇集一系列学科的教员和学生,包括工程、科学、城市规划、管理和社会学。实验室还为教员、博士后和学生提供资金,以促进新技术发展,使其能够吸引风险投资,并为创业打下基础。实验室还寻求国际合作关系。

J-WAFS 每年向创新研究发放 100,000 美元的种子奖学金,最多可发放两年,这些研究需要具备潜力对水和粮食供应问题产生重大影响。目前已有 17 个活跃项目,它们旨在解决众多问题,从污水电化学分离流程,到使用真菌酵母,再到将废物转化为食物。

有了 “Community Jameel” 在 2015 年的额外支持,J-WAFS 的影响力随着 J-WAFS 解决方案计划的启动而进一步扩大。J-WAFS 解决方案计划通过和麻省理工学院(MIT)德什潘德技术创新中心合作进行管理,旨在帮助麻省理工学院(MIT)教员和学生商业化突破性技术,将有前景的想法转变为创新产品和前沿衍生企业。

J-WAFS 解决方案肩负将麻省理工学院(MIT)实验室水和粮食技术应用到商业世界的使命,以帮助提高世界水和粮食系统的生产力、可用性和可持续性。

J-WAFS 解决方案每年向麻省理工学院(MIT)团队提供奖学金,奖学金通过竞争式应用流程发放,注重能够解决主要粮食和水问题的技术。迄今为止,已有六个项目获得资助,并已有一家衍生公司得以成立。开发中的技术多种多样,如用于印度农村的廉价滤水器和能够检测肉类细菌污染的传感器,这些项目旨在改善全世界民众的生活水平。

在以下段落中,我们将介绍其中一小部分活动。

让脱盐具有可持续性

J-WAFS 解决方案资助的研究和开发项目多种多样,但每一个都致力于为一个共同目标为做出贡献。

例如,电力工程 Carl Richard Soderberg 教授兼麻省理工学院(MIT)机械工程系主任陈刚所领导的一个团队致力于开发一种经济的脱盐技术,用于分布式规模。[9] 

由于全世界的淡水储存耗尽,一些地区越来越依赖脱盐,以增加水供应。然而,传统的脱盐流程不但昂贵,而且是能源密集型的。因此,找到一种清洁而高效的脱盐方式具有巨大的环境和商业价值,而陈刚的创新带来了巨大希望。 

这个团队正在开发一种特殊的柏油帆布结构(一种波长选择的、隔热的太阳能蒸馏室,也称为“WISPS”),能够漂浮在海洋或湖泊表面,现场生产淡水。

WISPS 结构易于安装,并使用市场上能够买到的材料,具备几大特征,能够利用太阳能驱动脱盐流程。Chen 的创新结合 WISPS 和一个简易水凝结系统,具备以低资金成本和有竞争力的生产成本使用海水进行清洁水生产的潜力。

减少空气污染对作物产量的影响

另一个重要的 J-WAFS 项目是研究空气污染对作物产量的影响。[10]

地球人口增长正对全球粮食供应带来巨大压力。环境压力则使粮食安全面临更大的风险。众所周知,臭氧污染会伤害作物,使农业产业因产量降低而损失数十亿美元。但我们所了解的空气污染对粮食生产造成的影响是不完整的,这个项目正是寻求解决这一问题。

通过模拟和测量作物对空气污染物的反应,土木与环境工程系的助理教授 Colette Heald 带领研究人员致力于估计空气污染颗粒对当前和 2050 年作物产量的影响。其目标是提供对与空气污染相关的粮食生产风险提供首次全面评估。分析结果将针对与空气污染有关的粮食安全风险以及本地规模化作物适应需求,提供新的重要见解。

更安全的水和食物监控粮食和水传播污染物

粮食生产链的另一端当然就是消费。

对污染物进行实施监控[12]已经成为满足清洁水需求的优先事项;同样,我们的全球化粮食供应链也带来对新的检测平台的需求,这个平台需要在消费端应用。化学工程 Carbon P. Dubbs 教授 Michael S. Strano 和微生物学和健康科技教授 Anthony J. Sinskey 领导的团队构想和开发了一个整合平台,将很多互相隔离的污染物检测技术融合,使消费端能够单独便携使用,实时检测细菌、重金属和/或过敏源。

引领全球会话

无论如何,J-WAFS 都不只是为研究项目提供财政支持的载体。该实验室如今还是水短缺和粮食安全领域的全球领导者,并在试图解决这些挑战的学术和商业圈中具有积极作用。

2016 年 10 月,J-WAFS 和全球清洁水脱盐联盟 (GCWDA) 共同举办了一个低碳脱盐专家研讨会。来自 11 个国家的专家受邀来到麻省理工学院(MIT),探讨用于减少脱盐能源需求和碳足迹的最新进展和最佳策略。

麻省理工学院(MIT)研究副校长 Maria Zuber 向研讨会参与者致辞,表示正在进行的研讨会“非常重要”。参与者准备了一篇报告[13],并于 2016 年 11 月在摩洛哥马拉喀什举行的《联合国气候变化框架公约》(COP22) 缔约方会议第 22 次会议期间发表。 

随着最近 J-WAFS 第一份企业研究合作协议的签署,其支持麻省理工学院(MIT)水和粮食研究的能力进一步加强。Xylem Inc. 是一家全球水技术公司,在 150 多个国家运营,与 J-WAFS 签署了为期三年的协议,将在此期间资助研究项目。Xylem 还将支持麻省理工学院(MIT)的水俱乐部,这是一个由水研究和创新积极分子组成的学生网络。通过和 Xylem 进行合作,J-WAFS 针对现实挑战促进有意义的协作,为麻省理工学院(MIT)带来水领域拥有出色经验的合作者。

创造更美好未来

水短缺和粮食安全无疑是人类有史以来面临的两个最大挑战。解决这两个问题需要全球范围内的投资和协作。需要开发新的技术。政府需要和学术界和私营企业进行合作,并了解如果不能找到解决方案,则世界大多数人口的健康、繁荣和经济安全将面临风险。

联合国前秘书长潘基文表示:“对体面的工作和可持续发展来说,水至关重要。现在就应该增加对水资源保护和修复的投资,包括饮用水以及卫生系统。”[14]

他的评估供 “Community Jameel” 和 J-WAFS 的所有人分享。我们必须共同推进创新和创意,在中东和世界其他地区确保粮食安全和可再生水的供应。

这样我们就能帮助开发创新技术,并发展必要的合作关系,在未来几十年间,保障我们社区的未来,我们城市的可持续性,以及我们经济的繁荣。

John H. Lienhard

[1] www.un.org

[2] www.nationalgeographic.com

[3] www.un.org/waterforlifedecade

[4] >www.unwater.org

[5] www.worldbank.org

[6] www.worldbank.org

[7] unesdoc.unesco.org

[8] unesdoc.unesco.org

[9] jwafs.mit.edu

[10] jwafs.mit.edu

[11] jwafs.mit.edu

[12] jwafs.mit.edu

[13] unesdoc.unesco.org