糧食補助非長久之計 沙漠溫室或能終結乾旱和飢荒

　　2018-04-16 08:23:12　來源: 網易科學人

　　在乾旱和飢荒肆虐的非洲之角，大量的糧食援助十分常見。僅今年一年，聯合國就呼籲為索馬利亞提供16億美元的援助，這一事實讓Seawater Greenhouse公司的創始人帕頓感到不安。他說:「這16億美元可能會讓這個地方實現自給自足，不僅僅是在2018年，而是永遠。」

　　出品|網易科學人欄目組　小小

　　微信|網易科學人微信公眾號（ID：WYKXR163）

　　查理·帕頓（Charlie Paton）認為：「世界並不缺水，只是它們存在錯誤的地方，而且太咸。」所以，帕頓用了24年時間來研發海水淡化和溫室技術，以期來證明這一點。

　　

　　圖1：Sundrop農場的番茄如今佔澳大利亞市場15%的份額，而且全部都是用海水淡化技術種植

　　2017年10月份，查理·帕頓(Charlie Paton)駕駛著隆隆作響的卡車，隨著看似沒有盡頭的車隊駛過乾燥的索馬利亞蘭西北平原。每輛卡車上都堆滿了裝著糧食的集裝箱，總共47000噸，作為糧食援助分發給索馬利亞和衣索比亞。帕頓諷刺地說，如今正是該地區的收穫季節，然而這些卡車運送來的大量穀物，肯定會影響當地生產者的微薄生意。帕頓回憶稱：「突然之間，這個地方似乎堆滿了食物。當可以免費獲得糧食時，誰還會從當地農民那裡買食物呢?」

　　在乾旱和飢荒肆虐的非洲之角，大量的糧食援助十分常見。僅今年一年，聯合國就呼籲為索馬利亞提供16億美元的援助，這一事實讓帕頓感到不安。他說:「這16億美元可能會讓這個地方實現自給自足，不僅僅是在2018年，而是永遠。」他認為他的發明可以幫助實現這一目標。帕頓是Seawater Greenhouse公司的創始人，該公司將兩種豐富的資源——陽光和海水轉化為淡水，用於在乾旱的沿海地區(如非洲之角)種植農作物。

　　這一地區遭受旱災的景象，並不能完全激發人們對繁榮農業的憧憬。但是，帕頓卻有不同的看法，他表示：「世界並不缺水，只是它們存在錯誤的地方，而且太咸。」在靠近索馬利亞海岸線佔地25公頃的沙漠地帶，帕頓正建造該地區第一個可持續發展的耐旱溫室。利用太陽能從海岸線抽取海水，並在現場脫鹽，提取淡水來灌溉植物，同時利用水蒸汽保持溫室內部冷卻和濕潤。

　　今年1月份，也就是帕頓的項目推出不到一年時間，這片看似沒有任何生機的沙漠卻變成了綠洲，首次收穫了萵苣、黃瓜和西紅柿。帕頓說：「這個想法太簡單了，幾乎人人都能想到。人們會說：『如果這能起作用的話，以前早就該有人做過。』」

　　這種態度的盛行也許可以解釋為什麼帕頓的發明是非洲之角的第一個此類發明，以及在那裡投資為何存在巨大挑戰。與「非洲之角」的非政府組織「畜牧與環境網路」(NGO Pastoral and Environmental Network)合作的阿姆塞爾·什博（Amsale Shibeshi）說：「主要的問題是乾旱，索馬利亞在2016年和2017年就遭遇嚴重缺水。」

　　儘管索馬利亞蘭自上世紀90年代以來始終保持著相對和平，但在鄰國索馬利亞，乾旱加劇了持續的飢荒，這是疾病爆發和政治不穩定的根源，而激進的原教旨主義組織「青年黨」在那裡仍有巨大影響力。如今，只有少部分索馬利亞土地被開墾，半數人口的糧食安全無法保證。大米、高梁、糖和食用油等援助物資被定期送來。索馬利亞蘭依賴於這些援助的程度要比索馬利亞低些，在過去的好年月里，其牧民可生產大量的肉類和牲畜奶，但是它仍然需要從鄰國進口大部分的水果和蔬菜。

　　帕頓表示：「這裡是世界水不安全的中心，進而使它成為糧食不安全的中心。但如果我們能在這裡解決這些問題，那將是個巨大成就，因為它不僅僅在索馬利亞蘭生效，也將在索馬利亞、厄利垂亞、蘇丹、馬里以及茅利塔尼亞發揮作用。」

　　

　　圖2：Seawater Greenhouse公司創始人查理·帕頓(Charlie Paton)在阿布扎比和澳大利亞建造了沙漠溫室，現在他正接受最大的挑戰

　　2018年2月，在位於倫敦郊區的辦公室里，一位身材瘦長、有著一頭濃密銀髮頭、藍眼睛的人打開了前門。左邊是個車庫，充滿金屬和木頭的實驗車間，他和兒子在為更溫暖的國家設計溫室。帕頓的兩位年輕同事——卡爾·弗萊徹(Karl Fletcher)和克里斯·羅瑟拉(Chris Rothera)則在樓上明亮、整潔、通風房間里敲著鍵盤，這裡看上去更像個時髦的咖啡店，而不是崎嶇不平的「沙漠溫室」誕生之地。

　　在這棟建築里，帕頓已經開發了20多年「沙漠溫室」的概念，他的想法有著不同尋常的起源。在學校期間，他既不參加體育運動，也不善於學術，而是與誦讀困難作鬥爭。帕頓說：「如果無法適應，你就要嘗試反抗。」他坐在一張長桌旁的椅子上，用格子紙板做裝飾，這種紙板是他用來將淡水蒸汽過濾到溫室里的設備。

　　16歲時，帕頓就輟學了，後來在劇院里找到了一個意想不到的避難所，他在London Festival Ballet充當舞台電子技師，並獲得第一份工作。這成為帕頓劇院照明設計事業的跳板，許多年後，這也激發了他的好奇心，讓他產生完全不同的感覺：光和熱對植物的影響。帕頓說：「正是光合作用和蒸騰作用之間的衝突，成為這個想法的核心。」

　　帕頓開始思考一個古老的難題：陽光對光合作用和作物生長至關重要，但隨之而來的熱量則使植物蒸發並失去水分。在乾旱的地方，無邊的陽光帶來的好處被極端的炎熱和乾燥所抵消，這意味著農業用水即使再多，也沒有任何意義。

　　帕頓開始著手一項發明，它可以利用沙漠豐富的陽光，同時為植物創造淡水豐富的棲息地。他認為這是可行的。但是沒有測試，很難確定結果。帕頓問他的同事菲利普·戴維斯(Philip Davies)，後者是一位在氣候建模方面非常有經驗的機械工程師，實際上也在研究溫室。戴維斯觀察了溫度、濕度和空氣速度等因素，在加那利群島（Canary Islands）建造Tenerife系統作為例證，這裡幾十年來降雨量較低，並受到抽取地下水的嚴重影響。

　　測試是令人鼓舞的，帕頓的Tenerife原型在1994年建成，成為他的公司Light Works的基礎，該公司是Seawater Greenhouse公司的前身。這種結構的雙層玻璃纖維屋頂可透射陽光，但能夠吸收熱量，並將其通過管道輸送到建筑後部的隔間里。在那裡，熱量被用來從海水中提取淡水以進行灌溉。其餘的水分則被繼續蒸發，並被風扇吸進越來越大的空間，冷卻和濕潤植物，減少蒸騰作用。

　　帕頓計算出，在溫室附近的每平方米作物每天需要8升水來抵消蒸騰帶來的損失。但在溫室內部，每天每平方米的用水量僅接近一升，而且收成也越來越好。

　　2000年時，Seawater Greenhouse公司在阿布扎比啟動了另一個項目，2004年又在阿曼建立了新項目。如今，這些項目主要用於學術研究。但後來，帕頓的想法引起了商人菲利普·索姆韋伯(Philipp Saumweber)的注意，他曾是高盛的投資銀行家，後來進入農業領域發展。2010年時他們聯合起來，進軍南澳大利亞的沙漠地區，開始了該公司的首次公開商業冒險。

　　在奧古斯塔港附近，他們建造了巨大的太陽能發電廠，設計用來製造足夠的熱量，每天從從南大洋吹來的海水中蒸發數千升淡水。但是，在對該項目的精確目標產生分歧之後，帕頓最終與索姆韋伯分道揚鑣，後者現在在Sundrop農場的贊助下經營該項目。溫室面積已經擴大到20公頃，佔澳大利亞番茄市場15%的份額。

　　在英國的索馬利亞人注意到這個項目取得的巨大成功。但當他們問帕頓是否可以把它帶到非洲之角時，這位設計師猶豫了，承認這樣做代價太高。巨大的太陽能工廠和龐大的勞動力使澳大利亞的項目無法在非洲之角複製，因為那裡環境更加嚴酷，且不夠安全。但帕頓表示：「後來我又回到了畫板上，意識到或許有這種可能。只要我把它做得很簡單，就把它從基礎上剝離出來。」

　　

　　圖3：菲利普·索姆韋伯(Philipp Saumweber)和Sundrop農場出產的沙漠番茄

　　帕頓、羅瑟拉以及弗萊徹在2017年初開始在索馬利亞蘭工作，並獲得英國技術戰略委員會的「創新英國」項目518000英鎊資金支持。這不是一件容易的事。作為他們前往幫忙的條件，該團隊必須由武裝警衛護送。在某一時刻，猛烈的沙漠風變得如此炎熱，以至於他們不得不完全停止施工。但最終，他們開始在索馬利亞蘭政府租用的土地上建造房屋，那裡離波光閃爍的亞丁灣只有200米遠。而亞丁灣有豐富的鹹水資源。

　　這個地方相當完美，但是購買其他所有東西幾乎都存在巨大的挑戰。溫室必須足夠便宜，並且能夠承受42攝氏度的高溫和灼熱的沙漠風侵襲。對於戴維斯來說，這些條件使他的生活變得極其艱難。他說：「溫室系統已經被剝離至只剩骨架了。而隨著設計變得更簡單，建模實際上變得更具挑戰性。」

　　

戴維斯與數學家索托斯·格納拉里斯（Sotos Generalis）和Takeshi Akinaga合作建立了一種氣候模型，模擬作物生長的理想條件。他們考慮了當地有關風速和風向、方位、濕度、太陽輻射、氣溫和地面溫度衛星讀數的區域數據，結果給出帕頓所稱的「成年貝都因帳篷」，一個由太陽能驅動、佔地1公頃的溫室，它由輕質的、有光選擇性的遮光罩組成，反射熱的紅外線來保護下面的植物。根據該模型，帕頓決定利用沙漠盛行的夏季和冬季風，幫助水蒸汽通過內部空間，而不是使用標準風扇，這將使成本增加一倍。

　　

　　圖4：每天，Sundrop農場將100萬升海水轉化為淡水，然後用這些水來種植食物

　　在帳篷的每一端，研究小組用多孔的、有彈性的硬紙板做了一堵1.5米長的牆，它被設計成定期浸泡在從海灘上泵入的海水中。當炎熱乾燥的沙漠風從牆上吹拂時，它們蒸發了淡水，並將蒸發的水蒸氣吹入作物生長的空間中，從而冷卻和濕潤內部。結果是，作物的蒸騰速率每天只損失1到2升水，而在室外則損失了15升。

　　太陽能海水淡化機為灌溉提供淡水。帕頓說：「它與洗衣機大小相當，成本約6000英鎊，是非洲之角的第一台類似設備。這真夠瘋狂的!」在處理的每升海水中，30%被轉化為淡水。剩下的超咸鹽水在托盤中蒸發，留下一層鹽，這是該設施的第一個產品，在索馬利亞蘭和衣索比亞銷售。這是為了避免像大多數海水淡化廠那樣，將未使用的鹽水放回大海，導致生態破壞。

　　前方還有很多障礙。Seawater Greenhouse公司仍在研究如何向當地市場供應蔬菜，帕頓表示，與澳大利亞的項目相比，非洲之角工廠每平方米的產量可能只有一半。他遇到了許多學者的質疑，他們擔心海水溫室內的高濕度環境甚至會對農作物造成損害。其他人對該項目的經濟有效性持懷疑態度。

　　澳大利亞Maquarie大學管理學教授、作家約翰·馬修斯（John Mathews）說：「這屬於一種替代技術的時代和心態，而封閉環境農業已經進入大企業投資階段和大規模城市新鮮蔬菜供應階段。這是催生成功企業和避免破產的關鍵，也是海水溫室概念從未解決的問題。」

　　馬修斯還指出，帕頓的想法和世界範圍內大型農業科技企業之間存在商業鴻溝，特別是那些為城市人口提供大量食物的企業。但帕頓並不認為自己在與像Sundrop Farms這樣的公司競爭。更確切地說，他似乎受到了在曾經被認為不可能的地方實現農業自給自足的挑戰。此外，他還想把規模擴大的任務交給當地牧場主，他們占索馬利亞人口的55%至60%。帕頓說：「我相信，隨著經驗的積累，產量、質量和盈利能力都會提高。為此，在有了一個功能齊全的設施后，我的主要關注點是擴大規模和培訓。」

　　今年，帕頓計劃建立一個現場培訓中心，教當地農民如何種植溫室蔬菜。該結構的模塊化設計將使農民能夠利用他們自己的土地，目標是打造聯繫全國的抗旱農場。什博表示：「令人興奮的是，它可以沿著我們漫長的紅海海岸線一路建下去，為乾旱的牧區帶來新的收入來源。如果你有溫室，你就不用擔心會不會下雨。」

　　帕頓也對其發明的長期恢復生態效應感興趣。戴維斯的模型預測，溫室的降溫和增濕效應會滲透到周圍的環境中，他說:「你可以看到溫室里會冒出一股冷空氣。」由於該地區並非一直都是貧瘠的，帕頓認為溫室可以幫助部分土地重新生長出自然植被，以抵消過度放牧和乾旱的影響。他稱：「我相信，20年後，這裡將會有足夠的植被來接替溫室的工作，因為它們創造了陰涼和共享的濕度，進而改變了氣候。」因為植物隔離碳，這對減輕氣候變化的影響也有更廣泛的影響。」

　　一個由海水驅動的溫室（更不用說在沙漠中重新植樹造林的想法）對於某些組織來說仍然太危險了，比如英國國際發展部多次拒絕了帕頓的資助申請。但對他的懷疑者來說，帕頓給出了一個粗略的計算。他估計，為索馬利亞提供的16億美元援助目標，足以在該地區建成佔地1.6萬公頃的海水溫室，這將支持每年產出480萬噸的新鮮農產品。

　　許多人可能認為這是個白日夢，但帕頓卻對他的工作深信不疑。他解釋稱：「你聽說過舍基定理(Shirky Principle)嗎？這些機構的存在是為了保存他們有解決方案的問題。把食物送到飢餓的國家是一種本能的反應。我們已經向索馬利亞和衣索比亞運送了多少物資，產生了什麼樣的影響？如果其中有些人道主義援助可以用來鼓勵自給自足，那麼每個人都會成為贏家。