Thirst Trap：水資源的未來

最初的陷阱

2024 年，牛津英語詞典將「thirst trap」一詞收入詞庫。定義：一張刻意挑逗的圖片，上傳至網路以引發回應。這個片語在此之前已在網路用語中徘徊超過十年，但它從來都不是真的在講口渴。而是關於渴望某個你無法完全擁有的東西。

最初的「thirst trap」，說實在的，比社群媒體早了約四十五億年。從太空看，我們的地球像一顆淹沒在自己水裡的藍色大理石：71% 是水，比我們目前在太陽系中找到的任何地方都要多。但巧妙之處，也就是陷阱，在於其中 97.5% 是鹽水。僅存的淡水部分中，有三分之二被封存在冰川和極地冰層中。剩下的必須養活八十億人。到 2050 年，它需要養活近一百億人。世界是濕的，我們是渴的。

1961 年 5 月 25 日，約翰·F·甘迺迪在國會聯席會議上發表演說，承諾美國將在十年內將人類送上月球。這場演講成為二十世紀的決定性時刻之一。一個月後，在 6 月 21 日，甘迺迪發表了第二次演說。這次他坐在白宮，透過電話對聚集在德州自由港的人群廣播，當時副總統林登·詹森正在那裡揭幕美國第一座工業規模的海水淡化廠。甘迺迪使用了幾乎相同的語調。他說，將海水轉化為淡水是「一項工作，其重要性在許多方面超越我國目前從事的任何其他科學事業」。1 那年春天早些時候，他曾更進一步地說：「如果我們能夠以低成本、有競爭力的價格從鹽水中獲得淡水，那將真正符合人類的長期利益，其重要性將使任何其他科學成就都相形見絀。」2

煮沸或擠壓

自由港的設施是一台外型奇特的機器。十幾個八層樓高的鉻合金圓筒，用管線和鷹架綁在一起，由隔壁陶氏化學工廠借來的燃煤爐提供動力。3 它每天為自由港的居民生產約一百萬加侖的飲用水。但它也以驚人的速度燃燒煤炭。這項技術是熱蒸餾：加熱海水，捕捉蒸氣，將其冷凝回淡水，然後丟掉鹽分。亞里斯多德在西元前 340 年左右就描述過這個原理。美國人只是將其規模化。

當詹森在德州對著鏡頭微笑時，一場更安靜的革命已在洛杉磯展開。加州大學洛杉磯分校的一個研究團隊花了十年時間開發一種不同的方法。他們不煮沸海水，而是擠壓它。將鹽水以極高壓力泵送通過一層薄薄的高分子膜，其孔徑剛好足夠讓水分子通過，但又小到足以阻擋溶解鹽的離子。他們稱之為逆滲透。到了 1960 年代中期，UCLA 團隊已經擁有可運作的管狀膜模組，能從海水和微鹹地下水中生產淡水。4 當時沒有人真正理解他們所建造的東西的價值。不到三十年，這項技術便使甘迺迪時代幾乎所有的熱能工廠都過時了。

熱能法和薄膜法至今仍是海水淡化的兩大基礎。熱能系統主要有兩種。多級閃化蒸餾（MSF）是將海水加熱加壓，然後使其在一連串壓力遞減的腔室中閃化為蒸氣，有時多達三十個腔室串聯。5 多效蒸餾（MED）是同一原理的不同編排方式，重複利用每一級產生的熱量來驅動下一級，因此效率更高。兩者都能產生純度極高的水。兩者都需要大量熱能，通常每生產一立方公尺產品需要 5 到 15 千瓦小時的電能。6 它們至今主要存活在能源廉價且唾手可得的地方，尤其是海灣國家，那裡的海水淡化廠通常與發電廠綁在一起，並利用其廢蒸氣運轉。

逆滲透則主導了其他所有地方。加壓的海水（通常在 60 到 80 巴）被強力推送通過螺旋纏繞的高分子膜。純水通過膜，而濃縮的鹽水（鹽度約為原水的兩倍）則從另一側排出。現代工廠會利用稱為壓力交換器的裝置回收大部分鹽水排出時的壓力，將其動能回收至流入的海水中。結合更好的膜和仔細的前處理，所需能量已下降了近一個數量級。2025 年 2 月，位於西班牙大加那利島的一座名為 DESALRO 2.0 的小型示範廠實現了 1.794 千瓦小時/立方公尺的驗證比能耗。這大約是 1970 年代完成相同工作所需能量的十分之一。這也是一項金氏世界紀錄。7

還有一些值得提及的亞種。電透析使用電場將鹽離子拉過離子交換膜；它在處理微鹹水時表現出色，但在處理全濃度海水時則較為吃力。正向滲透使用高鹽度的汲取溶液，在不施加壓力的情況下將水拉過膜，然後再從汲取溶液中回收淡水。膜蒸餾使用疏水性膜和微小的溫度梯度來驅動水蒸氣通過。每種方法都有其支持者。但沒有一種能在工業規模上取代逆滲透。

冷戰，熱沙

美國在 1961 年關心海水淡化，部分原因是德州缺水。該州在 1950 年代經歷了有史以來最嚴重的乾旱，水庫乾涸成龜裂的泥地，農場紛紛倒閉。等到自由港工廠啟用時，林登·詹森已成為美國副總統，但他在 1950 年代是德州的資深參議員。他親身經歷了那場乾旱以及更早的沙塵暴。對他而言，水資源安全並非抽象概念。3

這也是一個冷戰故事。1960 年代初期是美國科技樂觀主義幾乎令人眩暈的時刻，那時沒有任何工程問題看起來太大，而在蘇聯之前解決它的聲望本身就是一種回報。甘迺迪在自由港明確地將兩者並列。他說，這項突破將「結束鄰里、州與國家之間的痛苦紛爭」。2 蘇聯有了史普尼克號和加加林。美國將擁有月球，也將擁有海洋。

第二個承諾後來證明更難實現。成本持續居高不下。到 1980 年代初期，海水淡化的成本仍為每立方公尺 2 到 3 美元，是美國大多數城市傳統淡水價格的十倍以上。4 這些工廠是能源大戶。自由港的設施在僅運作八年後，於 1969 年退役。甘迺迪和詹森所倡導的聯邦計劃悄然終止。海水淡化變成了其他國家因為別無選擇才做的事，而不是美國因為有能力而做的事。

當然，根本問題並沒有消失。

海水淡化時代

目前全球約有 150 個國家運營著超過 21,000 座海水淡化廠，總裝機容量約為每天 1.15 億立方公尺淡水。這足以供應超過 3 億人口。8 自 2000 年以來，產能大約增加了兩倍，業界媒體現在預計到 2030 年，它將以每年 5% 到 6% 的速度持續增長。9 中東和北非合計佔全球總量的過半。僅沙烏地阿拉伯就運營著一個每天生產超過 1,100 萬立方公尺淡水的廠群，阿拉伯聯合大公國緊隨其後。在最近的沙烏地和阿聯酋招標中，世界上最便宜的合約水價已降至每立方公尺 50 美分以下。9

以色列是最具啟發性的案例。這個擁有 900 萬人口、位於乾旱東地中海邊緣的國家，現在 60% 到 80% 的飲用水來自海洋。10 它的第一座大型逆滲透廠於 2005 年在亞實基倫啟用。接下來的十五年間，地中海沿岸又增加了四座。位於特拉維夫以南 15 公里的索雷克廠，在長達十年的時間裡曾是世界上最大的逆滲透設施。其繼任者索雷克 2 號（也稱為貝爾·米里亞姆）於 2023 年投產，年產量達 2 億立方公尺。它是世界上第一座蒸汽驅動的海水逆滲透廠，利用鄰近發電廠的廢熱來驅動其高壓泵，並創下了每立方公尺 0.41 美元的破紀錄合約水價。11 相比之下，倫敦街角小店的一小瓶礦泉水價格大約是其三十倍。以色列現在生產的水超過其消耗量，並將盈餘出口到約旦和約旦河西岸。10

這背後的產業比大多數人想像的更為集中。三家公司主導了高端的工程和建設：法國的威立雅、以色列的 IDE Technologies 和西班牙的 Acciona。韓國的斗山能工率建設了沙烏地的大部分熱能廠群。薄膜製造由杜邦、日本的東麗、Hydranautics 和 LG Chem 主導。泵浦和能量回收裝置（任何逆滲透廠常被忽略的核心）主要來自丹麥的丹佛斯、德州的 Flowserve 和加州的 Energy Recovery Inc.。12 最大的整合商威立雅在 2025 年宣布，計劃到 2030 年將其全球海水淡化產能翻倍，並與道達爾能源簽署合作夥伴關係，以太陽能為其工廠提供越來越多的電力。它已經在阿曼建造了世界上最大的專用太陽能海水淡化設施。13

成本的急遽下降是頭條新聞。從 1970 年代的每立方公尺約 20 千瓦小時，逆滲透現在常規運轉在 2.5 到 3.5 kWh/m³，而最好的工廠遠低於 2。14 專為島嶼和偏遠社區部署的太陽能模組化系統，僅利用太陽能就能達到每立方公尺 3 千瓦小時的能耗。在海灣地區，合約水價現在已可與或低於美國一些城市仍需進口的長距離管道水價相比。你找到的水和你製造的水之間的價格差距正在縮小。

「世界是濕的，我們是渴的。這兩個事實之間的差距，正是海水淡化花了 65 年試圖彌合的。」

關鍵問題不再是海水淡化是否有效。而是它是否有效到足以在行星尺度上發揮作用。聯合國統計，現在有 7.2 億人生活在高度或極度水資源壓力國家中。約有 40 億人每年至少有一個月經歷嚴重缺水。15 按照目前趨勢，到 2030 年，水資源需求將超過供給約 40%。目前海水淡化供應了全球飲用水的不到 1%。未來十年將決定這個比例是攀升至兩位數，還是僅僅停留在沿海地區的一種奇特事物。

仍有三個問題限制了答案。首先是能源。即使能耗為每立方公尺 2 千瓦小時，完全靠海水供應全世界的飲用水也將消耗全球約 3% 的發電量，這還是在本世紀電能被要求承擔所有其他任務之外的。海灣國家能夠成功運用海水淡化，部分原因在於他們有廉價且充裕的能源可供燃燒。將新的海水淡化產能與可再生能源，以及最終與先進反應爐結合，看來是必要而非選項。一家加拿大公司 Thorium Power Canada 已經提議在智利建造一座 10 MW 的釷反應爐，以驅動一座每天生產 2000 萬公升淡水的工廠。16 Loonshot 的讀者會從我們最近關於釷能的文章中認出這種結合。這是其較好的應用場景之一。

第二個問題是鹽水。逆滲透每生產一立方公尺淡水，就會留下大約一立方公尺的濃縮鹽水，其鹽度約為原水的兩倍。在目前的實務中，這些鹽水大部分被直接排放回大海。如果處理得當，使用擴散器置於混合良好的水域，對當地的影響是有限的。如果處理不當，鹽水會下沉，沿著海床爬行數公里，並使海草、珊瑚以及依賴它們生存的底棲生物窒息。17 隨著產能增長，鹽水管理正從事後的想法轉變為設計參數。零液體排放工廠從鹽水中提取所有物質，留下固體鹽。鹽水開採系統從原本的廢棄物流中回收具有商業價值的礦物（鈉、鎂、鉀、溴，甚至是鋰）。9 MENA 地區的試點項目已經顯示，海水淡化廠實際上可以變成一個礦場，只是碰巧將飲用水作為副產品生產出來。

第三個問題是地理位置。世界上大多數最大的城市都位於沿海地區，這是海水淡化所依賴的便利條件。拉哥斯、孟買、喀拉蚩、雅加達、上海、洛杉磯、開普敦：這些城市都符合條件。內陸人口，特別是非洲和中亞乾燥內陸地區的人口，則不符合條件，而從海岸泵送水的能源成本通常遠高於製造水的成本。海底系統是最未來主義的最新發展，正開始突破其中一些限制。一家名為 OceanWell 的加州公司正準備在馬里布海岸約 7 公里處、深度約 400 米的海床上錨定一批圓柱形吊艙。在該深度，海洋的自然壓力足以驅動逆滲透，無需高壓泵。18 每個吊艙每天可生產多達一百萬加侖的淡水，通過海底臍帶纜輸送到岸上。該公司聲稱其系統比傳統陸上工廠節能約 40%，並且幾乎不產生濃縮鹽水，因為多餘的鹽分會簡單地分散在深層洋流中。首個商業部署項目 Water Farm 1 的目標是到 2030 年達到每天 6000 萬加侖的產能。19 它能否大規模運作，將對該行業的未來十年產生重大影響。

下一個陷阱

這讓我們想到行星。

甘迺迪在 1961 年的兩場偉大演講將水和太空視為平行突破。六十年後，它們竟變成了同一個問題。

長期載人太空飛行，歸根結底是一個水的問題。從地球攜帶水貴得令人卻步。即使使用可重複使用的火箭，每將一公升水送入軌道也要花費數百美元，而送往月球表面的成本則高達數千美元。國際太空站已經實現了 98% 的水回收率，通過一套稱為環境控制與生命支援系統的流程回收汗水、呼出的濕氣和尿液，其中包括一台蒸餾尿液的尿液處理裝置，以及一台從 UPA 無法處理的殘留物中榨取最後 2% 水分的鹽水處理裝置。20 NASA 計算出，98% 是火星任務變得不可行的門檻。太空人們自己也承認，他們喝的水比地球上大多數人喝的水還要乾淨。21

但回收水並非新的水。為了永久定居，地球外的人類需要從當地材料中提取水，而這些材料是鹹的。月球南極永久陰影區估計蘊藏著數十億噸的水冰，混合在充滿各種污染物的月壤中。22 火星的地下冰層廣泛分佈，但它們含有高氯酸鹽，這是一種氧化性化合物，對設備有腐蝕性，即使濃度很低也對人體有毒。歐洲太空總署的火星快車號已發現地下鹽水池，它們之所以保持液態，完全是因為鹽分含量極高，而從海水淡化工程師的角度來看，這與美國西南部的微鹹地下水問題非常相似，只是距離最近的管道工要遠得多。23

NASA 正在積極原型驗證解決方案。林恩·羅斯柴爾德在艾姆斯研究中心的團隊正在開發一種生物催化反應器，利用基因改造的枯草桿菌來分解火星高氯酸鹽，產生無害的氯化物和氧氣，後者可以方便地直接輸送回可呼吸的空氣中。24 在聖路易斯華盛頓大學，電解系統已經被證明可以在一個整合過程中直接將火星鹽水轉化為氫氣、氧氣和飲用水，利用的正是那些使化學過程複雜化的高氯酸鹽本身。25 包括 2025 年初的 IM-2 PRIME-1 有效載荷在內的月球表面任務，已經鑽入南極月壤以探測冰層特徵。26 印度的月船四號、JAXA-ISRO 聯合的 LUPEX 任務、NASA 的 VIPER 探索車以及更廣泛的阿爾忒彌斯計劃，都朝著大致相同的方向前進。27

從自由港到 Pozo Izquierdo，再到馬里布，最後到火星的這條線，正是甘迺迪在 1961 年那個六月之夜所比劃的。文明依賴淡水運行。從原本不是淡水的水中製造淡水的行為，無論是通過熱、壓力、薄膜，還是某種尚未被設計出來的聰明微生物，都是人類在任何乾旱地區生活的基礎技術。阿拉伯半島是這樣一個地方。美國西南部是另一個。月球南極是第三個。火星是第四個。

「Pozo Izquierdo 和沙克爾頓坑在某種深層意義上，是同一個項目。」

而這裡有一件奇妙的事。那個在 1961 年於德州風吹拂的海岸建造了世界上第一座工業海水淡化廠的國家，現在僅佔全球產能的很小一部分。其最大的單一設施——聖地牙哥北部的卡爾斯巴德廠——與半打沙烏地阿拉伯的設施相比也相形見絀。這項技術已經傳播、成熟並全球化。成本已下降了一個數量級。薄膜更好了，泵浦更安靜了，能量回收裝置更精巧了。甘迺迪的另一個登月計劃，按照其自身安靜的步伐，或多或少已經成功了。

但它還沒有做到甘迺迪所希望的那樣，使我們這個時代可見的科學成就相形見絀。大多數人類仍然喝著從未靠近過海洋一百英里範圍內的水。最大的工廠集中在最富裕的乾旱國家，而不是最貧窮的國家。從火星冰川中提取飲用水的工程技術，正在 NASA 的實驗室中進行原型驗證，而從內陸茅利塔尼亞以可負擔成本提取飲用水的工程技術，卻尚未大規模部署。這種先後順序究竟是戰略錯誤，還是在每個項目互相加速下合理的分工，是一個尚未解答的問題。

甘迺迪在 1961 年春季，相隔一個月發表了兩場演講，都是關於將不可能的事情變成常規。第一個演講在 1969 年將靴子印上了月球。第二個仍在進行中。六十年後，這兩者在意想不到的地方匯聚：一座西班牙示範廠；一個沙烏地阿拉伯的大型項目；一個馬里布海床吊艙；一個旨在飲用火星冰的 NASA 生物反應器。

世界是濕的，我們是渴的。甘迺迪的另一個登月計劃，其軌跡比他意識到的要長得多。經過六十五年，它終於要返回了。

來源

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2. Issues in Science and Technology, 「人類又一次巨大飛躍的時刻」(甘迺迪語錄背景) — https://issues.org/realnumbers-30/
3. Science History Institute, 「無一滴可飲」(自由港工廠歷史) — https://www.sciencehistory.org/distillations/nor-any-drop-to-drink
4. UCLA Technology Development Group, 「QuantumFlux 逆滲透」(UCLA 的 RO 歷史) — https://tdg.ucla.edu/quantumflux-reverse-osmosis
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1. TRENDS Research & Advisory，〈海水淡化的未來：融資與氣候挑戰之間〉—— https://trendsresearch.org/insight/the-future-of-desalination-between-financing-and-climate-challenges/

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1. Oliver Wyman，〈可能改變全球水資源可及性的 8 大趨勢〉（2025 年產業綜覽）—— https://www.oliverwyman.com/our-expertise/insights/2025/dec/mena-global-water-sector-8-transformations.html

1. Scientific American，〈以色列證明海水淡化時代已經到來〉—— https://www.scientificamerican.com/article/israel-proves-the-desalination-era-is-here/

1. International Desalination and Reuse Association，〈IDE Water Technologies 以 Sorek 2 – Be'er Miriam 開創永續海水淡化新篇章〉—— https://idrawater.org/news/ide-water-technologies-pioneers-sustainable-desalination-with-sorek-2-beer-miriam/

1. Blackridge Research，〈全球前十大海水淡化公司 [2026]〉—— https://www.blackridgeresearch.com/blog/latest-list-of-top-leading-water-desalination-treatment-plant-companies-firms-in-the-world

1. TotalEnergies / Veolia 合作夥伴關係公告，SEC 表格 6-K —— https://www.sec.gov/Archives/edgar/data/0000879764/000110465925105118/tm2529941d1_ex99-4.htm

1. Hannah Ritchie，〈海水淡化需要多少能源？〉《Sustainability by Numbers》—— https://hannahritchie.substack.com/p/how-much-energy-does-desalinisation

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1. Space.com，〈NASA 在國際太空站上回收了 98% 的太空人尿液和汗水〉—— https://www.space.com/astronaut-pee-iss-water-recycling-98-percent-milestone

1. Florida International University News，〈水資源回收對太空站和長期任務至關重要〉—— https://news.fiu.edu/2025/water-recycling-is-paramount-for-space-stations-and-long-duration-missions-an-environmental-engineer-explains-how-the-iss-does-it

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1. NASA，〈NASA 的尋水工具將協助偵察月球南極〉（LUPEX, VIPER）—— https://www.nasa.gov/solar-system/moon/nasas-water-hunting-tool-will-help-scout-moons-south-pole/

延伸閱讀

歷史與政策

— Charles Fishman，《渴求：水的秘密生活與動盪未來》（Free Press，2011）——以長遠視角回顧水資源基礎設施及其政治經濟學的大眾歷史著作。 https://www.simonandschuster.com/books/The-Big-Thirst/Charles-Fishman/9781439102084

— Seth M. Siegel，《要有水：以色列為缺水世界提供的解決方案》（Thomas Dunne，2015）——記述以色列如何建立全球最先進海水淡化系統的權威著作。 https://us.macmillan.com/books/9781250115560/lettherebewater

— Steven Solomon，《水：財富、權力與文明的史詩鬥爭》（Harper，2010）——一部宏大的全球水資源與文明史。 https://www.harpercollins.com/products/water-steven-solomon

科技與工程

— Asma A. Saud 等人，〈海水淡化：技術、環境影響與未來展望回顧〉，《Energy Reports》（2025 年）。 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1944398625005946

— Eduardo Garcia-Bordejo 等人，〈海水淡化廠測得全球最低單位能耗〉，《Results in Engineering》（2025 年），關於 DESALRO 2.0 金氏世界紀錄。 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590174526001650

— UCLA TDG 關於 QuantumFlux 奈米複合 RO 膜的案例研究，追溯從 Hoek 實驗室到 NanoH2O 的發展脈絡。 https://tdg.ucla.edu/quantumflux-reverse-osmosis

產業與經濟

— Oliver Wyman，〈可能改變全球水資源可及性的 8 大趨勢〉（2025 年 12 月）——關於中東北非主導的產能成長與鹽水採礦的最佳近期綜述。 https://www.oliverwyman.com/our-expertise/insights/2025/dec/mena-global-water-sector-8-transformations.html

— Global Water Intelligence DesalData 市場報告（訂閱制）。 https://www.globalwaterintel.com/topics/desalination

— Hannah Ritchie，〈海水淡化需要多少能源？這是否「便宜得離譜」？〉《Sustainability by Numbers》（2024 年）。 https://hannahritchie.substack.com/p/how-much-energy-does-desalinisation

前沿技術與深海

— OceanWell 技術文件與水田一號計畫簡報。 https://www.oceanwellwater.com/

— ASCE Civil Engineering Magazine 關於深海淡化艙的報導（2025 年 9 月）。 https://www.asce.org/publications-and-news/civil-engineering-source/civil-engineering-magazine/issues/magazine-issue/article/2025/09/new-desalination-tech-could-bring-freshwater-to-california-residents

太空與原位資源利用（ISRU）

— Karl D. Bishop 等人，〈為擴張的人類殖民地在火星上提取水資源〉，《Acta Astronautica》（2015 年）。 https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2214552415000826

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— NASA，國際太空站環境控制與生命支援系統（ECLSS）概述與 98% 水資源回收里程碑。 https://www.space.com/astronaut-pee-iss-water-recycling-98-percent-milestone

— WashU McKelvey，〈新技術可從火星鹹水中取得氧氣和燃料〉（火星鹽水電解處理）。 https://engineering.washu.edu/news/2020/New-tech-can-get-oxygen-fuel-from-Mars-salty-water.html

相關《Loonshot》文章

— 《The Loonshot》，關於釷能源——與 Thorium Power Canada 提議在智利建造的釷動力海水淡化廠直接相關。 https://theloonshot.substack.com/