水的循环利用

彼得·图姆（Peter Thum）并没有打算成为一个社会企业家。在2001年，他正在为麦肯锡咨询公司在南非这个面临着严重水危机的国家的一个瓶装水项目当顾问。每一天，他都能看到当地的妇女和孩子背负着许多空的水壶从家里出发，花上4个小时才能为他们的家庭背回足以维持生存的水。有一天下午，图姆驾驶汽车从一个小镇出发，在一条空旷而肮脏的泥路上行驶。车子开出了好几千米后，图姆才看到一个孤零零地走在路上的妇女，她头上顶着一个20千克重的大水壶，步履艰难地奋力前行着。“这是一个荒无人烟的地方，”图姆说，“很显然，这个妇女已经走了相当长的一段路了，而且她还必须继续走下去，还要走很长一段时间。虽然之前我已经看到了一些有关南非水危机的证据，但是直到那一刻，一切才真正变得无比清晰：为了解决这个问题我们必须要做点什么。”

图姆马上想到了瓶装水，他觉得这是可以改变这种状况的最简单的办法了。由于水资源短缺已经成了世界上最大的危机之一，如今瓶装水也正在变成世界上最炙手可热的商品之一。回到美国之后，图姆与他的老朋友乔纳森·格林布莱特（Jonathan Greenblatt）一起创立了一个瓶装水的顶级品牌“气质水”（Ethos Water），他们决定把销售收入中的一部分捐献出来，用于帮助全世界的孩子喝上干净的水、激发公众对这个问题的关注。2005年，星巴克董事长霍华德·舒尔茨（Howard Schultz）决定收购“气质水”，并且把“气质水”放在美国的7 000家星巴克店里销售。在星巴克的帮助下，“气质水”已经捐献出了超过1 000万美元的巨款（每销售掉一瓶“气质水”，就捐出5美分用于与水资源有关的项目），为大约50万人解决了饮用水源和卫生设施的问题。

据调查，全球性的水危机影响到了10亿人的生活，因此，我们很清楚，区区1 000万美元解决不了根本问题。但是，“气质水”的成功标志着事情已经出现了转机。从历史上看，由于大多数水资源项目都需要建造大量的基础设施，所以这方面的项目都是由世界银行这样的机构来完成的。“气质水”等企业的经验证明，在解决水资源危机方面，像它们这样的社会性企业也可以扮演非常重要的角色。这在历史上是第一次。“气质水”公司还提高了公众对这个问题的意识，这反过来又促成了一种滚雪球式的效应。在过去10年内，对于社会企业家来说，水已经成了发展最快的一个商品类别；而且，正如发明家迪恩·卡门所指出的，在这方面仍然有很大的发展空间：

当你与专家讨论开发新技术以便为发展中国家提供干净的饮用水的时候，他们会告诉你没有任何现成可行的商业模式，也没有任何可供借鉴的经济模型，当然也无力承担开发的费用。但是，25个最贫穷的国家已经在水资源上花掉了它们20%的国内生产总值。折算到每天，这个20%大约为一人一天30美分，似乎并不多。但是，让我们再来做一道数学题：40亿人，一人一天花费30美分，那么每天的花费总计高达12亿美元，每年就是4 000亿美元。我想不出这世界上有多少公司一年的销售额可以达到4 000亿美元的。你根本无需去做什么市场调查，事情明摆着，这里就有一个非常大的市场需求，那就是对水的需求！

不过，要满足这个市场需求，并且做到有利可图并不容易。这个问题并不是只要提供保证水合作用和环境卫生所需要的水就可以解决的。没有这么简单。要知道，水已经完全嵌入了我们的日常生活当中，它融进了生产制造或消费的几乎每一样东西里。世界上70%的淡水用于农业生产的直接原因是：生产一个鸡蛋需要450升的水，生产一个西瓜需要370升的水。肉类看起来是水分最少的商品之一，但是生产450克鲜肉，我们需要9 400多升水，或者正如《新闻周刊》所解释的那样：“如果将生产一个450千克重的操舵装置所需的水汇集成湖，足以供一艘驱逐舰自由游弋。”

而且，生产维持生存所需的食物只是水的无数个重要作用中的一个。实际上，富足金字塔的所有组成部分都深受与水资源有关的问题的影响。例如，除了食物之外，教育也受其影响，因为全球的学校每年都会由于与水有关的疾病而失去4.43亿个教学日。生产一个微型芯片需要130多升的水，因此，信息富足也受到了水资源的影响，仅仅英特尔公司所属的各个芯片厂，每个月就要制造出数以百万计的芯片。然后是能源，在电力生产链条中的每一个环节都会使整个世界变成一个更干燥的地方。例如，在美国，能源需要用掉全部非农业用水的20%。在金字塔的塔顶，威胁人类自由的一些因素也与水资源短缺有关。2007年，加州大学伯克利分校的经济学教授爱德华·米格尔（Edward Miguel）发现：“有强有力的证据表明，如果降雨量增多，非洲内部的冲突就会减少。”迄今为止，非洲的冲突基本上都是各国的国内冲突。但是，在非洲，有200多条河流、300多个湖泊是由不同国家共享的，而且其中许多国家之间并没有维持“睦邻友好”的关系。最后，每年都有350万人死于与水有关的各种疾病，水直接关系到人类健康——事实上，几乎再没有别的什么东西像水这样与人类健康有如此直接的联系了。

富足金字塔除了要“以人为本”，满足人类的各种需求之外，还关心环境与生态问题。现在，让我们再回过头来讨论一些与瓶装水有关的问题吧。每年，人类消耗掉的瓶装水接近500亿升。在这些水中，有相当大一部分都是人们所称的“化石水”^[1]。这些“化石水”存在于含水层中已经数万年了，是一种很难再生的资源。对于世界上大多数脆弱的生态系统来说，“化石水”是维持它们稳定的重要支柱。现代的工农业生产对水的极度需求，以及瓶装水产业的发展，把这些脆弱的生态系统推向了崩溃的边缘。我们再也不能冒风险，让事态进一步恶化了。简单地说：没有生态系统就意味着没有生态系统服务。生态系统崩溃是一个极大的损失，将导致人类无法继续生存下去。

因此，要解决所有这些问题就需要用上我们工具箱里的每一件工具。我们必须对农业生产进行彻底地改进，当然工业活动也需要进行彻底地改进。我们需要能够节约用水的家用电器，还需要全新的基础设施解决方案。最重要的是，首先必须诚实地对待这个承载着将近90亿人的地球。90亿！这个数字告诉我们，我们需要做出的改变，必须是数量级的改变。在地球上，97.3%的水太咸了，不能直接饮用，而另外2%的水又被极地冰封住了，因此，要实现我们所说的数量级的改变，就不能再喋喋不休地争论这剩下的水应该如何利用。这并不是说可以忽视水资源保护和水资源利用效率，而是说，如果我们的最终目标是富足，那么就需要一个全新的思路。淡水资源必须走“铝”的路线，从地球上最稀缺的资源之一一跃成为地球上蕴藏量最丰富、随处可见的资源。要实现这个目标需要大量的创新。摩尔定律告诉我们，这类重大创新的动能已经被释放出来了——而且，正如我们很快就会看到的，这种创新正是由迪恩·卡门等“DIY”型的发明家带来的。

迪恩的“弹弓”水源净化器

迪恩·卡门是一位自学成才的物理学家，也是一个拥有亿万资产的大企业家，而且他还拥有440项专利和美国国家技术奖，是我们这个时代最伟大的“DIY”型的发明家。像大多数“DIY”型的发明家一样，卡门非常喜爱解决问题。早在20世纪70年代，当他还是一个大学生的时候，卡门的哥哥偶然向他提及（那时，卡门的哥哥还是一个医学院的学生，现在他已经成为一位著名的儿科肿瘤学专家），当时还没有任何可靠的方法可以为婴儿提供剂量既小又很稳定的药物。由于没有这样的技术，婴儿的住院时间不得不延长，护士也没有办法自由安排时间。

卡门对此十分好奇，他开始想办法弥补这个缺陷。不久后，卡门就发明出了第一台能自动提供完全相同的药物剂量的输液泵，而在以往，要想实现同样的目的，医院就得对病人进行24小时监护。问题就这样解决了。之后，微型化的医疗技术发展成了一种专业。1982年，卡门创办了德卡研发公司（DEKA Research and Development），这个公司很快就制造出了一种便携式、如录像机那般大小的洗肾机，与以前那种像洗碗机一样的庞然大物完全不同。随后，卡门又发明了一种能够自动上下楼梯的电动轮椅。他试图彻底改进当地的运输工具，于是又发明了赛格威思维车（Segway）^[2]。卡门还发明了一种机器手臂“卢克之手”（Luke Arm），它使得假肢技术向前迈进了一大步。

自始至终，卡门从来都没有失去过对“透析”技术进行挑战的兴趣。“每一天，”他说，“运用血液透析系统进行透析的病人需要用掉19升的无菌水。要获得这么多干净的水是一件很麻烦的事情。它通常意味着，每周都要运一大卡车的无菌水去病人家里，而病人则要在自己的车库里存放数百袋无菌水。我一直在想，肯定能找到一种更好的办法来解决这个问题。”

卡门的第一个想法是循环利用无菌水，但是在咨询了生物学家之后，他意识到不可能用机械方法过滤掉透析过程中从肾脏中洗出来的杂质。“这些杂质包括氨、尿素，以及其他一些中分子量物质。这些从肾脏中冲洗出来的东西，你是根本无法过滤掉的。”因此，卡门换方向来思考：如果不能循环利用这种无菌水，那么应该想一想是否有办法把自来水变干净，然后直接注入病人体内。

这种冒险过程持续了好几年的时间。“事实证明，运用过滤的方法把饮用水变成无菌水是不可能的，”卡门解释道，“渗透膜根本不起作用。最好是用纯净的、通过蒸馏方法所得到的去离子水，但是，目前还没有能够满足这种要求的小型蒸馏器。”因此，卡门决定自己制造一个。不幸的是，经过计算之后，他意识到，如果要使这种小小的机器运行起来，以目前的电力布线情况，大多数家庭都无法承受。如果要使用它，就需要对大多数家庭进行重新布线。

接下来卡门有了一个更加“疯狂”的念头：建造一个能够循环利用自身能量的蒸馏器。“几年之后，我们终于造出了这种小小的盒子，它能够回收98%的能量，生产出足够数量的无菌水。我们用各种不同的自来水对它进行检测，发现它每次都做得很成功。它还有一个很大的优点，即不需要使用自来水：我们可以用中水^[3]来取代自来水。这时候，我突然意识到：既然我已经制造出了能够使中水变成可以注入病人体内的无菌水，并且能够循环利用98%的能量的机器，那么，我为什么不试着对这个1天只能生产19~38升无菌水的机器进行改进，使它的产量更大、用途更广呢？现在这种机器能够帮助数以万计需要透析的病人。但是，如果我能制造出一台产量更大的机器，那么它就能帮助到数十亿人。这样一来，我就能够阻止人们死于与水有关的各种疾病，而不只是制造了一台解决透析病人供水这个小小难题的机器。”

这台非同寻常的机器完成于2003年。由于卡门想利用这个技术来根除这个巨大的水源性疾病问题，所以他把这种机器命名为“弹弓”（Slingshot），因为大卫就是利用弹弓击败歌利亚的。这台机器像一台家用冰箱这么大，有一根电源线、一根进水软管、一根出水软管。卡门自豪地声称：“无论把这根进水管插进哪一种水体里面——无论是含砷的水、咸水、厕所流出来的水，还是化学废物处理厂储水池中的水，从出水管里流出来的都绝对是百分之百纯净的、达到药用级别、可用于注射的水。”

到了现在，这种机器的最新型号一天能够净化1 000升的水，而它的功耗仅仅相当于一个电吹风。它的电源是一台升级版的斯特林发电机，这种发电机几乎可以使用任何东西当燃料。在孟加拉国进行了为期6个月的现场实验后，人们发现，仅仅是燃烧牛粪，就能使这种发电机运行起来，能够为村民提供足够用于手机充电和电灯照明的电力。另外，卡门还想让世界上最偏远的村庄都能用上他这个技术，所以，他在设计这种机器的时候就已经考虑到，它应该能够长期持续运行，至少在5年内不需要维修。

“如果真能那样，就好了。”格林布莱特说，“因为这个世界上到处都丢弃着不能再用的抽水泵与净化器。我曾经在一个埃塞俄比亚农村居住过，在那里我用自行车的零件制造出了一个抽水泵，它很好用，因为当它坏了的时候，当地人就能够把它修好，人们很容易就可以拿到自行车零件。这种类型的供应链才是人们真正需要的。”

持有格林布莱特这种想法的人大有人在。许多人都认为，水的问题主要是钱的问题，最好是当地就能够解决，不需要借助高科技的新玩意儿。这是一种后见之明式的观点。在20世纪，当卡门等人还在寻找一种高科技、一劳永逸的解决方案的时候，许多国家的政府却犹豫不决，而就在这个时间里，数以百万计的人不幸离世了。在这个世界上，到处都是各种各样的小器械，它们要么不够坚固耐用，要么没法维修，这主要是因为产品的供应链无法延伸到足够远的地方。还有一些绝妙的好点子，只是因为没有人愿意提前进行开放式的讨论，而不得不受阻于文化障碍。全球水务信托公司（Global Water Trust）董事长罗勃·克莱默（Rob Kramer）总是喜欢讲下面这个听起来不太可信、发生在遥远的非洲的故事。当时，他们为一个村庄铺设自来水管道，只剩下不到400米就可以铺好了，但是，这最后一段管道总是会遭到蓄意的破坏。“事实证明，这是当地妇女们所为，”他说，“每隔一天，妇女们就要花4个小时徒步去取水，这是她们离开自己丈夫的唯一时机，她们非常珍惜这个私人空间，因此她们总是不断破坏这些管道。”

所有这些都是事实，但是，许多人也忽略了其他一些事实。利用自行车的零部件来制作抽水泵这个主意初听起来确实令人拍案叫绝，但是这并不是一个长久之计。用自行车的零部件制作抽水泵充其量只是一种过渡性的技术，与最终促成了3G无线网络的早期的铜线电话网络系统并无二致。为了长期的可持续发展，我们需要像弹弓那样具有特别强大的“杀伤力”的解决方案。

其次，我们可以从错误中学习。当然，是我们自己把水资源弄得一团糟的（不仅仅在发展中国家是这样，美国的基础设施也非常陈旧——在费城的地底下仍然在使用木制的水管），但是，现在问题意识已经空前高涨了。感谢无线技术革命，我们能够比以往任何时候都更好地进行交流。而且，对于任何水资源的解决方案来说，赢得社区的支持都是最关键的部分，没有它的支持，一切努力都会付之流水。我们也知道，随时随地都要准备好可用的零部件，需要对维修工人进行物质鼓励，最好的情况是，安装与维修的技术在当地就能够得到解决。不过，我们也都很清楚，上面这些东西适用于所有解决方案，不管是高科技的还是低科技的。而且，随着手机的普及，认为高科技的解决方法在农村环境里不能发挥作用这个陈旧的观念也已经不攻自破了。比诺基亚移动电话更高级的高科技产品又能有多少呢？要知道，整个非洲目前已经有将近10亿部手机在使用了。

大部分利用科学技术来解决水资源问题的方法，都需要首先解决好能源问题与基础设施建设的资金问题。由于我们拥有丰富的能源，问题就已经解决了一半了。那么，这些能源是如何产生的呢？这个谜底我们将留待后面的章节来解开。在这里，我们先讨论基础设施建设的资金问题。水信贷项目的主管艾普瑞尔·瑞纳（April Rinne）曾经这样说过：“在水资源领域，一般小额贷款数额在200~800美元之间。”目前，制造一台“弹弓”所花费的成本是10万美元。根据卡门的计算，在实现大规模的商业化生产之后，每台“弹弓”的成本将下降为：2 500美元的制造费用，另加一个价值2 500美元的动力装置——斯特林发电机。如果卡门所设计的这个系统真的能够工作5年，而且它每天能够生产出1 000升饮用水，那么每升水的生产成本为0.002美元。即使你把劳动力的价格和利息都算在内，把每升水的生产费用再提高3倍，5升水的价格也只是4美分而已——相比之下，现如今同样数量的水需要30美分。

不过，卡门还想到了另外一种解决这个问题的方法。他已经与可口可乐公司就共同生产、配送“弹弓”的问题进行过谈判。当然最重要的是，他想利用可口可乐公司庞大的供应链（在非洲，可口可乐公司的供应网络是最大的）来帮助推广和维护“弹弓”。“事情并没有到此结束，”他说，“我确实是这么认为的。这是一个庞大的工程，或许还需要第三个合作伙伴的参与。需要有人让整个过程透明化，让它变得安全可靠，教育人们如何使用它。但是，我仍然希望可口可乐公司是主要的支持者，它是这个项目的主要资金提供者，也希望整个配送工作，项目的开发、支持、教育与维护都主要由它来承担。这是一种一站式的购物方式。我认为这个工程所需要做的大部分事情他们都能做。”

可口可乐公司同意试试看。在2011年5月，这个世界上最大的碳酸饮料制造商推出了一系列“弹弓”的现场实验。如果实验取得了成功，那么它就可以为全世界的农村社区提供帮助了。“弹弓”也有一定的局限性。根据卡门的计算，一台“弹弓”只能服务100个人。当然，如果多几台机器，也就可以为更多、更大的社区供水了。但是，这种机器既不是为大型城市设计的，也不是为了满足我们的工业与农业生产的需要设计的。大城市和工农业生产所需的水又如何解决呢？不过，在讨论这些问题的解决方法之前，不妨让我们先来看一下，在面对另外一个与富足有关的基本问题时，“弹弓”又是如何大显身手的。这个问题就是当前的人口大爆炸问题。

洁净水与低生育的良性循环

马尔萨斯主义者经常使用“丰饶论者”（cornucopians）这个单词来描述我们这些鼓吹富足的人。这并不意味着他们喜爱这个术语。他们所持立场的核心是人口增长问题。“丰饶论者”觉得技术增长率将会超过人口增长率，这样一切问题都会迎刃而解。而马尔萨斯主义者认为，目前的人口状况已经超出了地球承载能力的极限了，如果任由人口继续不加限制地增长，那么我们就再也无法发明创造出任何足够强大的东西来扭转这种结果了。但是，卡门的技术却提供了一条亟需的“中间道路”。

人口与生育率具有直接的相关性。今天，一些主要发达国家的生育率已经处于或者低于更替水平——这意味着人口已经趋于稳定或者呈下降趋势了。人口问题主要存在于发展中国家，它们的婴儿出生率很高。而且，在发展中国家，人口问题主要也不在城市。城市化实际上降低了人口的出生率。问题出在乡下，因为大部分高出生率地区都集中于贫穷的农村。在那里，需要很多劳动力来从事农业劳动，因此农民的家庭规模一般都比较庞大。但是他们希望生男孩——通常至少要生3个。他们的这种逻辑让人感到很悲哀。之所以3个男孩才是令人满意的结果，那是因为，其中一个男孩可能会死掉，而第二个可以待在家里照料农场，照顾上了年纪的父、母亲，同时这样做可以赚到足够的钱送第三个男孩去上学，以保证他日后可以找到一份更好的工作，从而结束世代务农的命运。因此，在贫穷的农村，儿童的高死亡率是驱使人口增长最主要的原因之一，而问题的根源则常常在于他们的饮用水非常肮脏。

现在，这个星球上仍然有11亿人无法获得可以安全饮用的水，其中85%的人生活在农村。全世界每年都有220万名儿童因喝了受到污染的水而死亡，当然，它们绝大多数也都生活在农村。所以，像“弹弓”这样一台能够为这些社区提供干净饮用水的机器可以极大地促进人们的身体健康，提高儿童的存活率。当然，还有最重要的是，它还可以通过这种方式降低生育率。

让金字塔底部变得更宽

像“弹弓”这样的设备虽然看上去功能很强大，但是，要解决水资源问题，不能单纯地只依靠某一种技术。任何解决之道，都必定是能够满足多种需要的技术的一系列组合体。在这里，我们就来讨论其中一种需要，那就是迅速提供救援的需要。即使在发达国家，救援制度也完全不是地震、海啸与飓风等自然灾难的对手。2005年，当卡特里娜飓风重创新奥尔良之后，救援队在5天之后才把水送到躲避在超级圆顶体育馆（Superdome）内的难民手中。

在震惊于卡特里娜飓风的巨大破坏力的人当中，有一位名叫迈克尔·普里查德（Michael Pritchard）的英国工程师。事实上，不到一年之前，他就曾经被亚洲海啸震惊过了。普里查德是一位水处理专家，这两起悲剧的关键问题都是水。不仅仅是幸存者在灾难发生后无法立即得到干净的水，而且解决这个问题的方法往往只能起到使其他问题更加恶化的作用。“习惯上，”在TED大会上，普里查德告诉听众，“在危机中，我们会怎么做呢？我们会运一些水过来。灾难发生一周之后，我们会建立一些营地，人们为了得到安全的饮用水，不得不走进这些营地。你不难想象，当两万人聚集在同一个营地里时，又将会发生什么事情呢？那只能是疾病蔓延、资源更加紧缺，诸如此类的问题将会源源不断地产生。”

因此普里查德决定做点什么。在几年之后的2009年，他研制出了一个救生瓶。这个瓶子的一端装有一个手动泵，另一端有一个过滤器。乍看起来，这个瓶子并不像一个高科技产品，但是这个过滤器可不是一般的过滤器。研究纳米技术的科研人员是在非常微小的尺度上进行工作的，他们是用原子来测量距离的。1/10⁹（用科技术语说，就是1纳米）是他们的基准线。在普里查德的手动泵滤水器出现之前，最好的手动泵滤水器能够过滤掉200纳米小的东西，这已经足以过滤掉大部分细菌了，但是病毒的体积还要更加微小，因此常常成为漏网之鱼，无法过滤掉。为此，普里查德新设计了一种过滤网，网孔只有15纳米宽。在几秒钟之内，它能过滤掉任何东西，这些东西包括细菌、病毒、囊孢、寄生虫、真菌与其他水媒性病原体。这个过滤器可以使用很长时间——保证能够“生产”出6 000升的纯净水；当这个过滤装置过期时，系统就会自动关闭以防止用户喝到受污染的水。

普里查德设计这个救生瓶的目的就是用于灾难救援。那我们还等什么呢？把普里查德的设计稍微改动一下，一个简便的油罐大小的滤水系统就呈现在眼前了，它能够生产出25 000升的水——足够一个四口之家用上三年了。而且，更好的地方还在于，要维持这个系统的运行，每天只要花费半美分就够了。“只要花上80亿美元，”普里查德说，“我们就能够实现‘新千年发展目标’中的其中一个目标了——使无法获得安全饮用水的人数减少一半；如果花上200亿美元，就能保证每个人都能喝上安全的饮用水了。”

然而，救生瓶只是一个开始。纳米技术产业正在爆炸式地发展。从1997—2005年，这个行业的投资额从4.32亿美元一路暴涨到了41亿美元。根据美国国家科学基金会的预测，到2015年，在纳米技术产业上的投资将会高达1万亿美元。我们正在进入一个分子制造业的时代。当我们可以在纳米尺度上进行生产，对各种物质的原子进行重新排列时，各种全新的物理性能将不断地涌现出来。

现在再回过头来讨论有关水的问题吧，现在，我们已经制造出了一些对重金属特别有亲和性、容纳力和选择性的纳米材料。这也就意味着，这些纳米颗粒可以吸纳大量有害的重金属物质，然后把它们转化为无害的化合物。这样一来，受到重金属污染的河道、地下含水层，以及受《环境应变补偿与责任归属综合法案》保护的各个地区都可以清理干净了。

与此同时，美国IBM公司与日本东京的中央硝子公司（Central Glass）的研究者们已经研发出了一种能够清除盐和砷的纳米过滤器——直到最近，还有许多人认为这是不可能发生的事情。目前，在最先进的卫生设施里，人们已经开始使用具有自我清洁功能的纳米材料生产卫浴排水管件，这些纳米材料能够自动除去堵塞物，并减少锈蚀。研究者们还在进一步开发具有自我修复能力的纳米管道，这种水管能够根据“自己的判断”来修复漏水处。另外，在严重缺水的中东，德国科学家赫尔穆特·舒尔茨（Helmut Schulze）和总部位于阿拉伯联合酋长国的DIME疏水材料公司（DIME Hydrophobic Materials）的研究者们在研究过程时，从小说《沙丘》（Dune）中获得了一个灵感。他们开发出了一种用纳米材料制成的疏水砂，将10厘米厚的一层纳米疏水砂放置在沙漠的表层下面，可以减少75%的水分流失。在中东，85%的水都是用于灌溉的，因此这种疏水砂不仅可以用于种植作物，也可以用于对抗沙漠化。

地球上40%的人口都居住在距离海岸线100千米之内的地方，如果把纳米技术与海水淡化技术结合起来，那么就能从根本上解决人类缺乏水资源的问题。目前世界上大约有7 000个海水淡化工厂，它们中的绝大多数都是利用加热海水脱盐方法（常被称为多级闪蒸法）或反渗透法来淡化海水的。前者的做法是先把海水烧沸，然后冷凝水蒸气；后者则是让海水通过一种半渗漏性的薄膜（半透膜）。然而，这两者都不是我们所需要的解决方法。

如果大规模地利用加热海水脱盐的方法进行海水淡化，那么就会消耗掉太多的能源（每兆升水大约需耗费80兆瓦时），而且其副产品盐卤水还会渗透到含水层中，污染地下水，并对水生种群造成灾难性的后果。另一方面，虽然相对来说，反渗透法所需能源较少，但是，像硼、砷这样的有毒物质仍然能够穿过半透膜，而且半透膜常常会被堵塞，从而降低了过滤器的使用寿命。不过，幸运的是，总部位于洛杉矶的纳米水公司研发出了一种新颖的过滤器，它能够在少用20%能源的基础上多制造出70%的淡水。纳米水公司的这种技术荣获了“2010年百大清洁技术奖”。

当然，我们还会在本书的余下部分继续介绍类似的纳米技术。目前，还有许许多多能够影响水资源的纳米技术正在开发中。与每一项令人惊奇的纳米技术相对应，都有一项同样令人惊奇的生物技术。而在每一个生物技术解决方法中，也都有一个令人激动的废水回收方法。而且，许多人认为最有前途的发展主线甚至不是水资源领域，而是与这个领域密切相关的“技术集成”。

智能供水网

IBM“杰出科学家”、“大绿创新”项目首席技术官彼得·威廉姆斯（Peter Williams）说：“在水资源问题上，最大的机会并不在于水本身，而在于信息。”他这种说法所针对的其实是“浪费”问题。现在，在美国，70%的水资源被用于农业生产，然而在生产出来的粮食当中，却有50%被浪费掉了。在我们所消耗掉的能源当中，其中5%用于抽水，但有20%的水是因为水管中的裂缝而流失掉的。“这样的例子举不胜举，”威廉姆斯说，“你告诉我的有关水资源的问题，与我告诉你的有关信息的问题，这两者在本质上是一样的。”

要解决这个信息问题，就要为所有水务工程建立一个智能网络，即所谓的“智能供水网”。这个计划是这样的：把各种传感器、智能仪表、由人工智能驱动的自动化操作系统嵌入管道、下水道、河流、湖泊、水库、港口当中，甚至还可以把它们嵌入海洋当中去。水创新联盟（Water Innovations Alliance）的执行董事马克·莫泽莱夫斯基（Mark Modzelewski）认为，智能水网能够使美国的总用水量节约30%~50%。

IBM认为，在下一个5年内，智能水网将发展成为一个价值200多亿美元的产业，该公司决定从一开始就参与这个计划。针对亚马孙河流域的水资源管理问题，IBM公司与美国自然保育协会（Nature Conservancy）合作，建立了一个全新的计算机建模框架，允许用户模拟该流域河流的运行情况，从而可以对目前无法解决的许多问题做出更好的决策。比如，我们可以预先知道砍伐上游的森林是否会对下游的鱼类产生影响。在爱尔兰，这个蓝色巨人（IBM公司）还在与爱尔兰海洋研究所合作推进智能海湾项目，监测戈尔韦湾的波浪条件、污染程度与海洋生物。IBM在荷兰还有一个“智能堤坝”项目，在美国哥伦比亚特区华盛顿也有一个升级版的污水管道分析系统。此外，它还有其他几十个分散于全球各地的项目。

其他公司也纷纷效仿。例如，惠普公司在底特律实施了一个智能电网系统，它已经使生产率提高了15%。同时，在学界，位于芝加哥的西北大学的研究者们已经制造出了一种“智能管道”，这种管道安装了很多个纳米传感器，可以监测从水质到水量的任何东西。在国际上，各国也都在这个方面加大了投入。西班牙每年的灌溉用水大约为34亿立方米，在安装了一个全国性的计算机辅助灌溉系统后，该国节约了20%的用水。

计算机辅助灌溉属于“精细农业”的范畴，或者说，是“精细农业”的一个子类。“精细农业”正是智能网络大显身手的一个重要领域。一个完整的精细农业智能网络是由计算机辅助灌溉系统、GPS追踪系统与遥感技术共同组成的。俗话说得好，每滴水都要用在实处。这个技术组合使农民可以实时了解田地里发生的一切事情：温度、蒸腾作用、空气与土壤中的含水量、天气变化、每棵植物需要多少肥料、每棵植物获得了多少水分，等等。现在有一种无法证实的说法，说地球上70%的水用于种植粮食。“如果实施精细农业，”水管理顾问道格·米尔（Doug Miell）建议佐治亚州政府，“那么农民们可以减少35%~40%的用水量，农作物产量也会相应地提高25%。”

不过，我们在这一节中一再提到的这些巨大的节约只是所要讨论的问题的起点，而不是终点。一旦所有的水务工程都变成了智能网络，那么水资源问题就真的变成一门信息科学了，而那也就意味着我们已经将水资源绑定在了一个指数型增长的浪潮中。我们正讨论的这个智能网络确实是一个完全开放的东西。一个又一个类似的网络将会不断产生，我们真的不知道最后的终点会在哪里——因为人类是多么期待指数型增长的结果。但是有一件事情是可以肯定的，那就是：我们将会得到更多的水资源。

高科技“马桶”

到底是谁发明了现代抽水马桶，现在仍然是一个聚讼纷纭的问题。有人声称，现代抽水马桶是19世纪一个名叫托马斯·克拉普（Thomas Crapper）的英国水管工发明的。当然，事实真相并非如此，抽水马桶在更早的时候就已经被发明出来了。在西方，现在人们一般都认为第一个抽水马桶是由约翰·哈灵顿爵士（Sir John Harington）在1596年为他的教母英国女王伊丽莎白一世发明的，不过，他的发明从来没有投入商业化生产。在东方，这个创新还可以追溯到久远得多的历史时期。考古学家们最近发掘出了一个公元前206年的中国汉代的厕所，它包括一个自动供水装置、一个石头做的“大碗”，还有一个扶手，这个2 400年前的中国汉代的“抽水马桶”看起来已经非常接近现代抽水马桶了。而从另外一个角度来说，这也就是问题所在了：很显然，我们本节将要重点讨论的室内排水系统，在如此漫长的时间内一直没有得到多大的改进。

但是，不要悲观！让我们来想象一下可能的改进吧。试想，如果不需要任何的基础设施，那么厕所将会变成什么样子！在地板下没有管道，在草坪下没有化粪池，在街区里没有排污系统。采用了高科技的厕所可以把污物化成粉末，可以燃烧掉粪便，还能迅速蒸发掉尿液，在此过程中不会产生任何有害细菌，也不会造成任何浪费。这种高科技厕所还会带来巨大的回馈：一包包的尿素（可以用作肥料）、食盐、大量的淡水、足够的电力，还有，如果你真的有需要而且愿意的话，用你拉出来的“便便”来帮你的手机充电吧。如果把这些厕所也并入智能网络，那么我们甚至可以把这些电力卖回给公用事业公司，那也就意味着，有史以来第一次，每个人都能通过排便来赚钱了。要实现这一切，消费者每天只要花费5美分就可以了。因此，很显然，这不仅仅只是一个简简单单的改进，而是已经成了一场真正意义上的革命了。

这也是比尔和梅琳达·盖茨基金会最近宣布的一个项目的目标。8所大学已经收到了该基金会的资助基金，这些资金将用于研究和开发，以便把21世纪的高科技运用到这场厕所革命中去。洛厄尔·伍德（Lowell Wood）就是重要的参与者之一。你可能会想，伍德应该也是一位卫生设施专家吧？但是事实并非如此。伍德是劳伦斯利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）的一位天体物理学家，他的研究方向是热核聚变、计算机工程、X射线激光。最值得一提的是，伍德曾经参加过罗纳德·里根总统的“星球大战”计划。

“比尔和梅琳达·盖茨基金会的项目是一个巨大推动力，”伍德说，“它把从英国维多利亚时代以来130多年一直没有多少变化的厕所系统卷进了一场大改进当中。在发展中国家，环境卫生问题导致了大量的死亡和疾病，很显然，这场厕所革命将会拯救数以百万计的生命。同时在发达国家，这场革命也有重要的意义。在我们每天支付的水费当中，大约有3/4都被用在了废水的输送与污水的处理上面。因此，比尔和梅琳达·盖茨基金会的这个项目可以同时解决以下两大问题：第一，帮人们找到一个方法，使人们在上厕所的时候再也不必与污物和污水为伍；第二，把人类的排泄物变成完全无害的东西。”

这听起来有点像是人类的幻想，不过它的实现却不需要任何魔法。“你可以燃烧部分排泄物，利用从中释放出来的能量来彻底处理尿液，把它重新变成水与盐，”伍德解释道，“人类的排泄物每天都可以制造出一兆多焦耳的能量，这些能量已经足够满足一个高科技厕所之需了，剩下来的部分则可以用于手机充电和照明。我们现在已经掌握这种技术了，完全可以用现成的组件实现这些功能。在这个问题上，最大的挑战是每天5美分的成本，因为那得要发展中国家的民众自己来承担。”

这种厕所的好处几乎是不可估量的。首先，将人类的排泄物彻底地清理干净，就等于解决了大部分的全球疾病负担（同时也可以放慢人口增长速度）。这个项目是分布式的（因此在基础设施方面不需要大量的前期投入），而且还能够为人类带来水和电的正产出，因此它完全是颠覆性的。此外，它在节约资源方面的高效率也正是我们所需的。厕所用水占美国全部用水的比例高达31%。根据美国环境保护署（EPA）的估计，美国全部家庭每年浪费掉的水的总量高达47亿升——这相当于洛杉矶、迈阿密、芝加哥这三个大城市每年的总用水量，而厕所正是其中最大的浪费源。最后，这种高科技厕所还可以用于处理其他有机废物（包括餐桌上的残羹冷炙、修剪花园留下的残花败叶、农场上的废弃物等），从而实现彻底的循环利用，并为家庭提供所需要的用水。

地球，太空中的“淡蓝色小点”

1990年的某一天，天文学家卡尔·萨根（Carl Sagan）做出了一个小小的决定——他决定，让旅行者1号探测器（Voyager 1 spacecraft）在完成它在土星上的使命返回地球的途中，绕地球一圈并拍下一组地球的快照带回来，他觉得这些照片可能会十分有趣。事实证明，这是他极其杰出的职业生涯中最值得庆祝的决策之一。在宇宙这个广袤无垠的巨大空间里，地球显得如此无足轻重，在众多的星球中，它只不过是沧海一粟而已——或者，如萨根所说的：“它只是悬浮于阳光下的一粒尘埃。”但是，它是一粒蓝色的尘埃，就这样，这组照片便有了如下这个著名的名字：淡蓝色的小点。

地球是一个淡蓝色的小点，因为它是一个水的世界，2/3的地球表面都被海洋覆盖着。这些海洋是我们赖以生存的根基，是我们生命中的血液。毫无疑问，目前地球上仍然有10亿人无法获得安全的饮用水，但是，海洋却掌握了通往更美好未来的秘密。让我们再回过头来看一下本书的主题吧：富足并不仅仅止于丰饶。我们在上文中讨论过的这些创新都有一个共同的潜力，即能够循环利用海水、改变它们的化学性质，为人类提供所需要的水资源。但是，这一切并不会自动发生。还有许多工作摆在我们面前，需要我们去做。然而，由于这些节约用水的技术都是呈指数形式增长的，它们可以发挥出最有效的杠杆作用。要走的这条路其实很容易，就是直接从A（起点）到B（终点），但是——关键就是这个“但是”——我们必须全身心地投入。

对于他的那些著名照片，萨根曾经说过：“这些关于我们这个渺小世界的遥远影像……突出了我们所肩负的责任，它们可以让人类彼此之间变得更加友善，以便共同来保护和珍惜这个淡蓝色的小点——这个迄今我们所知道的唯一的家园。”对于这一点，我们再赞同不过了。所以，今天就马上行动起来吧。减少沐浴的时间，少吃点牛肉，尽最大努力来保护目前有限的资源吧。但是，关于明天，我们知道让地球成为一个水资源相当丰富的世界是很有可能的。只要致力于推动各种指数型增长的科技的发展，我们的生活也会发生翻天覆地的变化。本章中所提到的这些科学技术，是保护这个淡蓝色的小点——这个我们所知道的唯一家园最好的方法了。

^[1] “化石水”是一种长时间被密封在蓄水层中的地下水。带有这种特性的地层，被人们称为化石含水层。“化石水”是被保存了数万年甚至数百万年的地下水，也是人类水资源中最宝贵、最不能轻易动用的一种水资源。——译者注

^[2] 赛格威思维车是一种电力驱动、具有自我平衡能力的个人用运输工具，是都市用交通工具的一种。——译者注

^[3] 中水即再生水，是指污水经适当处理后，达到一定的水质指标，满足某种使用要求，可以再次利用的水。——译者注