粮食补助非长久之计 沙漠温室或能终结干旱和饥荒

subtitle 网易科学人04-16 08:23 跟贴 663 条
在干旱和饥荒肆虐的非洲之角,大量的粮食援助十分常见。仅今年一年,联合国就呼吁为索马里提供16亿美元的援助,这一事实让Seawater Greenhouse公司的创始人帕顿感到不安。他说:“这16亿美元可能会让这个地方实现自给自足,不仅仅是在2018年,而是永远。”

出品|网易科学人栏目组小小

微信|网易科学人微信公众号(ID:WYKXR163)

查理·帕顿(Charlie Paton)认为:“世界并不缺水,只是它们存在错误的地方,而且太咸。”所以,帕顿用了24年时间来研发海水淡化和温室技术,以期来证明这一点。

打开网易新闻 查看更多精彩图片

图1:Sundrop农场的番茄如今占澳大利亚市场15%的份额,而且全部都是用海水淡化技术种植

2017年10月份,查理·帕顿(Charlie Paton)驾驶着隆隆作响的卡车,随着看似没有尽头的车队驶过干燥的索马里兰西北平原。每辆卡车上都堆满了装着粮食的集装箱,总共47000吨,作为粮食援助分发给索马里和埃塞俄比亚。帕顿讽刺地说,如今正是该地区的收获季节,然而这些卡车运送来的大量谷物,肯定会影响当地生产者的微薄生意。帕顿回忆称:“突然之间,这个地方似乎堆满了食物。当可以免费获得粮食时,谁还会从当地农民那里买食物呢?”

在干旱和饥荒肆虐的非洲之角,大量的粮食援助十分常见。仅今年一年,联合国就呼吁为索马里提供16亿美元的援助,这一事实让帕顿感到不安。他说:“这16亿美元可能会让这个地方实现自给自足,不仅仅是在2018年,而是永远。”他认为他的发明可以帮助实现这一目标。帕顿是Seawater Greenhouse公司的创始人,该公司将两种丰富的资源——阳光和海水转化为淡水,用于在干旱的沿海地区(如非洲之角)种植农作物。

这一地区遭受旱灾的景象,并不能完全激发人们对繁荣农业的憧憬。但是,帕顿却有不同的看法,他表示:“世界并不缺水,只是它们存在错误的地方,而且太咸。”在靠近索马里海岸线占地25公顷的沙漠地带,帕顿正建造该地区第一个可持续发展的耐旱温室。利用太阳能从海岸线抽取海水,并在现场脱盐,提取淡水来灌溉植物,同时利用水蒸汽保持温室内部冷却和湿润。

今年1月份,也就是帕顿的项目推出不到一年时间,这片看似没有任何生机的沙漠却变成了绿洲,首次收获了莴苣、黄瓜和西红柿。帕顿说:“这个想法太简单了,几乎人人都能想到。人们会说:‘如果这能起作用的话,以前早就该有人做过。’”

这种态度的盛行也许可以解释为什么帕顿的发明是非洲之角的第一个此类发明,以及在那里投资为何存在巨大挑战。与“非洲之角”的非政府组织“畜牧与环境网络”(NGO Pastoral and Environmental Network)合作的阿姆塞尔·什博(Amsale Shibeshi)说:“主要的问题是干旱,索马里在2016年和2017年就遭遇严重缺水。”

尽管索马里兰自上世纪90年代以来始终保持着相对和平,但在邻国索马里,干旱加剧了持续的饥荒,这是疾病爆发和政治不稳定的根源,而激进的原教旨主义组织“青年党”在那里仍有巨大影响力。如今,只有少部分索马里土地被开垦,半数人口的粮食安全无法保证。大米、高梁、糖和食用油等援助物资被定期送来。索马里兰依赖于这些援助的程度要比索马里低些,在过去的好年月里,其牧民可生产大量的肉类和牲畜奶,但是它仍然需要从邻国进口大部分的水果和蔬菜。

帕顿表示:“这里是世界水不安全的中心,进而使它成为粮食不安全的中心。但如果我们能在这里解决这些问题,那将是个巨大成就,因为它不仅仅在索马里兰生效,也将在索马里、厄立特里亚、苏丹、马里以及毛里塔尼亚发挥作用。”

图2:Seawater Greenhouse公司创始人查理·帕顿(Charlie Paton)在阿布扎比和澳大利亚建造了沙漠温室,现在他正接受最大的挑战

2018年2月,在位于伦敦郊区的办公室里,一位身材瘦长、有着一头浓密银发头、蓝眼睛的人打开了前门。左边是个车库,充满金属和木头的实验车间,他和儿子在为更温暖的国家设计温室。帕顿的两位年轻同事——卡尔·弗莱彻(Karl Fletcher)和克里斯·罗瑟拉(Chris Rothera)则在楼上明亮、整洁、通风房间里敲着键盘,这里看上去更像个时髦的咖啡店,而不是崎岖不平的“沙漠温室”诞生之地。

在这栋建筑里,帕顿已经开发了20多年“沙漠温室”的概念,他的想法有着不同寻常的起源。在学校期间,他既不参加体育运动,也不善于学术,而是与诵读困难作斗争。帕顿说:“如果无法适应,你就要尝试反抗。”他坐在一张长桌旁的椅子上,用格子纸板做装饰,这种纸板是他用来将淡水蒸汽过滤到温室里的设备。

16岁时,帕顿就辍学了,后来在剧院里找到了一个意想不到的避难所,他在London Festival Ballet充当舞台电子技师,并获得第一份工作。这成为帕顿剧院照明设计事业的跳板,许多年后,这也激发了他的好奇心,让他产生完全不同的感觉:光和热对植物的影响。帕顿说:“正是光合作用和蒸腾作用之间的冲突,成为这个想法的核心。”

帕顿开始思考一个古老的难题:阳光对光合作用和作物生长至关重要,但随之而来的热量则使植物蒸发并失去水分。在干旱的地方,无边的阳光带来的好处被极端的炎热和干燥所抵消,这意味着农业用水即使再多,也没有任何意义。

帕顿开始着手一项发明,它可以利用沙漠丰富的阳光,同时为植物创造淡水丰富的栖息地。他认为这是可行的。但是没有测试,很难确定结果。帕顿问他的同事菲利普·戴维斯(Philip Davies),后者是一位在气候建模方面非常有经验的机械工程师,实际上也在研究温室。戴维斯观察了温度、湿度和空气速度等因素,在加那利群岛(Canary Islands)建造Tenerife系统作为例证,这里几十年来降雨量较低,并受到抽取地下水的严重影响。

测试是令人鼓舞的,帕顿的Tenerife原型在1994年建成,成为他的公司Light Works的基础,该公司是Seawater Greenhouse公司的前身。这种结构的双层玻璃纤维屋顶可透射阳光,但能够吸收热量,并将其通过管道输送到建筑后部的隔间里。在那里,热量被用来从海水中提取淡水以进行灌溉。其余的水分则被继续蒸发,并被风扇吸进越来越大的空间,冷却和湿润植物,减少蒸腾作用。

帕顿计算出,在温室附近的每平方米作物每天需要8升水来抵消蒸腾带来的损失。但在温室内部,每天每平方米的用水量仅接近一升,而且收成也越来越好。

2000年时,Seawater Greenhouse公司在阿布扎比启动了另一个项目,2004年又在阿曼建立了新项目。如今,这些项目主要用于学术研究。但后来,帕顿的想法引起了商人菲利普·索姆韦伯(Philipp Saumweber)的注意,他曾是高盛的投资银行家,后来进入农业领域发展。2010年时他们联合起来,进军南澳大利亚的沙漠地区,开始了该公司的首次公开商业冒险。

在奥古斯塔港附近,他们建造了巨大的太阳能发电厂,设计用来制造足够的热量,每天从从南大洋吹来的海水中蒸发数千升淡水。但是,在对该项目的精确目标产生分歧之后,帕顿最终与索姆韦伯分道扬镳,后者现在在Sundrop农场的赞助下经营该项目。温室面积已经扩大到20公顷,占澳大利亚番茄市场15%的份额。

在英国的索马里人注意到这个项目取得的巨大成功。但当他们问帕顿是否可以把它带到非洲之角时,这位设计师犹豫了,承认这样做代价太高。巨大的太阳能工厂和庞大的劳动力使澳大利亚的项目无法在非洲之角复制,因为那里环境更加严酷,且不够安全。但帕顿表示:“后来我又回到了画板上,意识到或许有这种可能。只要我把它做得很简单,就把它从基础上剥离出来。”

图3:菲利普·索姆韦伯(Philipp Saumweber)和Sundrop农场出产的沙漠番茄

帕顿、罗瑟拉以及弗莱彻在2017年初开始在索马里兰工作,并获得英国技术战略委员会的“创新英国”项目518000英镑资金支持。这不是一件容易的事。作为他们前往帮忙的条件,该团队必须由武装警卫护送。在某一时刻,猛烈的沙漠风变得如此炎热,以至于他们不得不完全停止施工。但最终,他们开始在索马里兰政府租用的土地上建造房屋,那里离波光闪烁的亚丁湾只有200米远。而亚丁湾有丰富的咸水资源。

这个地方相当完美,但是购买其他所有东西几乎都存在巨大的挑战。温室必须足够便宜,并且能够承受42摄氏度的高温和灼热的沙漠风侵袭。对于戴维斯来说,这些条件使他的生活变得极其艰难。他说:“温室系统已经被剥离至只剩骨架了。而随着设计变得更简单,建模实际上变得更具挑战性。”

戴维斯与数学家索托斯·格纳拉里斯(Sotos Generalis)和Takeshi Akinaga合作建立了一种气候模型,模拟作物生长的理想条件。他们考虑了当地有关风速和风向、方位、湿度、太阳辐射、气温和地面温度卫星读数的区域数据,结果给出帕顿所称的“成年贝都因帐篷”,一个由太阳能驱动、占地1公顷的温室,它由轻质的、有光选择性的遮光罩组成,反射热的红外线来保护下面的植物。根据该模型,帕顿决定利用沙漠盛行的夏季和冬季风,帮助水蒸汽通过内部空间,而不是使用标准风扇,这将使成本增加一倍。

图4:每天,Sundrop农场将100万升海水转化为淡水,然后用这些水来种植食物

在帐篷的每一端,研究小组用多孔的、有弹性的硬纸板做了一堵1.5米长的墙,它被设计成定期浸泡在从海滩上泵入的海水中。当炎热干燥的沙漠风从墙上吹拂时,它们蒸发了淡水,并将蒸发的水蒸气吹入作物生长的空间中,从而冷却和湿润内部。结果是,作物的蒸腾速率每天只损失1到2升水,而在室外则损失了15升。

太阳能海水淡化机为灌溉提供淡水。帕顿说:“它与洗衣机大小相当,成本约6000英镑,是非洲之角的第一台类似设备。这真够疯狂的!”在处理的每升海水中,30%被转化为淡水。剩下的超咸盐水在托盘中蒸发,留下一层盐,这是该设施的第一个产品,在索马里兰和埃塞俄比亚销售。这是为了避免像大多数海水淡化厂那样,将未使用的盐水放回大海,导致生态破坏。

前方还有很多障碍。Seawater Greenhouse公司仍在研究如何向当地市场供应蔬菜,帕顿表示,与澳大利亚的项目相比,非洲之角工厂每平方米的产量可能只有一半。他遇到了许多学者的质疑,他们担心海水温室内的高湿度环境甚至会对农作物造成损害。其他人对该项目的经济有效性持怀疑态度。

澳大利亚Maquarie大学管理学教授、作家约翰·马修斯(John Mathews)说:“这属于一种替代技术的时代和心态,而封闭环境农业已经进入大企业投资阶段和大规模城市新鲜蔬菜供应阶段。这是催生成功企业和避免破产的关键,也是海水温室概念从未解决的问题。”

马修斯还指出,帕顿的想法和世界范围内大型农业科技企业之间存在商业鸿沟,特别是那些为城市人口提供大量食物的企业。但帕顿并不认为自己在与像Sundrop Farms这样的公司竞争。更确切地说,他似乎受到了在曾经被认为不可能的地方实现农业自给自足的挑战。此外,他还想把规模扩大的任务交给当地牧场主,他们占索马里人口的55%至60%。帕顿说:“我相信,随着经验的积累,产量、质量和盈利能力都会提高。为此,在有了一个功能齐全的设施后,我的主要关注点是扩大规模和培训。”

今年,帕顿计划建立一个现场培训中心,教当地农民如何种植温室蔬菜。该结构的模块化设计将使农民能够利用他们自己的土地,目标是打造联系全国的抗旱农场。什博表示:“令人兴奋的是,它可以沿着我们漫长的红海海岸线一路建下去,为干旱的牧区带来新的收入来源。如果你有温室,你就不用担心会不会下雨。”

帕顿也对其发明的长期恢复生态效应感兴趣。戴维斯的模型预测,温室的降温和增湿效应会渗透到周围的环境中,他说:“你可以看到温室里会冒出一股冷空气。”由于该地区并非一直都是贫瘠的,帕顿认为温室可以帮助部分土地重新生长出自然植被,以抵消过度放牧和干旱的影响。他称:“我相信,20年后,这里将会有足够的植被来接替温室的工作,因为它们创造了阴凉和共享的湿度,进而改变了气候。”因为植物隔离碳,这对减轻气候变化的影响也有更广泛的影响。”

一个由海水驱动的温室(更不用说在沙漠中重新植树造林的想法)对于某些组织来说仍然太危险了,比如英国国际发展部多次拒绝了帕顿的资助申请。但对他的怀疑者来说,帕顿给出了一个粗略的计算。他估计,为索马里提供的16亿美元援助目标,足以在该地区建成占地1.6万公顷的海水温室,这将支持每年产出480万吨的新鲜农产品。

许多人可能认为这是个白日梦,但帕顿却对他的工作深信不疑。他解释称:“你听说过舍基定理(Shirky Principle)吗?这些机构的存在是为了保存他们有解决方案的问题。把食物送到饥饿的国家是一种本能的反应。我们已经向索马里和埃塞俄比亚运送了多少物资,产生了什么样的影响?如果其中有些人道主义援助可以用来鼓励自给自足,那么每个人都会成为赢家。”

打开网易新闻,阅读体验更佳
大家都在看