极度缺水的卡塔尔如何“用能源换水源”？

彭丹妮　李金津

中国能建葛洲坝集团承建的卡塔尔供水工程E标全景。图/中国能源建设股份有限公司

2022年11月20日，世界杯在卡塔尔开幕。因为炎热的沙漠气候，世界杯首次从夏季改为冬季举办。为了适应这种气候，一些开支注定是高昂的，比如，草坪的维护。

卡塔尔的沙漠和混凝土中点缀着一片片绿色，这是本次世界杯需要的144块绿地：8个球场和136个训练场地，它们由一支球场管理员组成的精悍队伍维护。卡塔尔秋季的气温依然高达40℃，为确保这个沙漠国家的球场草坪在世界杯期间茁壮成长，球场管理员从9月份就开始使用喷嘴向草坪吹冷空气。

自2007年以来，苏丹土木工程师海赛姆·沙里夫一直在卡塔尔的球场工作。今年初，他接受采访时介绍，为了世界杯，卡塔尔每年用专门的恒温飞机从美国空运140吨草籽，然后用淡化的海水浇灌球场；每个球场在冬季每天需要10000升淡化水，在夏季每天则需要高达50000升来进行维护。为预防紧急情况，卡塔尔首都多哈北部的一个农场还种植了42.5万平方米的预备草坪，面积相当于40个标准足球场——这部分草坪的用水还没有记录。

对卡塔尔来说，这些有关用水的数据格外重要。卡塔尔全年干旱少雨，年均降雨量不足100毫米。在这一油气资源非常丰富的国家，淡水反而成为一种稀缺资源。为了这次为期28天的大型国际赛事，在当地供水系统工作了7年的中国工程师、中国葛洲坝集团卡塔尔蓄水池项目部负责人王少华告诉《中国新闻周刊》，这里道路、公共交通系统等方面都斥资大量建设，当然，短板的、颇为挑战的供水系统也早有了安排。

根据世界资源研究所2019年发布的一份分析报告，17个国家的近18亿人正面临水资源危机，未来几年可能会出现严重短缺。这17个国家中，有12个在中东和北非，卡塔尔就是其中一个。

卡塔尔降水量有時会低至82毫米/年，但是蒸发量却为2000毫米/年，人均供水量低于每年人均1000立方米的国际贫水线。世界资源研究所指出，缺水国家水供应本就处在低位，但不断增长的需求正在将各国推入极端压力。

王少华在中东工作了近19年，他告诉《中国新闻周刊》，因为降雨量少、没有河流，这些国家都非常缺乏淡水资源。由于供水不是很稳定，基本上中东国家每家每户都会在房顶上放一个密封的大水缸。另一方面，因为比较富裕，尤其是卡塔尔、阿联酋这种海湾国家，人均用水量却很高。

海湾阿拉伯国家合作委员会（GCC）成员国是全世界水资源消耗最高的国家。GCC简称“海合会”，是波斯湾地区6个国家的政府间国际组织，成员国包括巴林、科威特、阿曼、卡塔尔、沙特阿拉伯和阿联酋。例如，在阿联酋，尽管其每年平均降雨量不到100毫米，人们每天的用水量却达到约500升，比全球平均水平高出50％；在迪拜喷泉展上，每半个小时就有超过83000升水被喷到相当于50层楼的高度。

王少华说，国内北方和南方每人每天用水量大约分别是250升、350升；而在卡塔尔，每人每天用水量能达到500～1000升，除了用来盥洗、洗衣服，大量的水要用于种树、洗车、维护游泳池等。

位于阿拉伯湾西海岸卡塔尔半岛上的卡塔尔，国土面积约1.15万平方公里，大小与青岛市相当，下属行政区为8个自治市。按2021年数据来看，其人口总数为293万人，大约是青岛市的四分之一。

世界杯期间，卡塔尔预计将迎来150万～175万名外国球迷和游客，这接近本国居住者人数的一半。据美联社11月10日报道，世界杯期间，卡塔尔的供水量预计将增加10％。

卡塔尔是面临水资源短缺风险最大的国家，该国严重依赖海水淡化系统。据卡塔尔政府门户网站2020年的信息，该国依赖三个来源供水：淡化的海水、地下水和处理后再利用的水，其淡化水产量在过去二十年翻了两番。根据该国规划和统计部门2019年数据，海水淡化水约占其总供应量的60％，家庭用水几乎都是淡化海水。

目前，全世界大约有1.6万个海水淡化工厂，主要分布在世界各地的海岸线上，但最高产的工厂位于中东国家。

卡塔尔修建的最新一座海水淡化厂是位于多哈南部的乌姆阿尔胡尔火电和海水淡化综合项目，其投资建设成本为27.5亿美元，于2018年投入运营，淡化产能约合61.8万立方米/天，可满足该国30％用水需求。2021年，卡塔尔宣布，乌姆阿尔胡尔将启动扩建项目，届时将满足该国30％的电力需求和40％的淡水需求，是实现卡塔尔水安全的战略性国家项目。

自20世纪50年代海水淡化技术应用以来，海湾阿拉伯国家合作委员会国家一直是这一领域的先锋。目前全世界43％的海水淡化产能来自于这一组织。英国环境、渔业和水产养殖科学中心的中东项目主任威尔·勒奎恩近日在接受《卫报》采访时说，如果把海合会国家的海水淡化能力作为一个整体来看，经处理的海水水量大约是泰晤士河流量的四倍。

根据卡塔尔大学先进材料中心教授哈马杜·拉赫曼等人在2018年发表的文章，卡塔尔最早的海水淡化设施建成于1953年，截至2018年，该国合计有13个海水淡化厂。

全球接近一半海水淡化产能分布在富裕的海湾国家，是因为这些国家完美拥有发展海水淡化技术的几个必要条件：丰富的能源、靠近海水、足够有钱。《纽约时报》2019年的文章中写道，海水淡化在很大程度上仅限于较富裕的国家，尤其是那些化石燃料充足且可以使用海水的国家。而在低收入国家，应用这一技术几乎没有可能。

根据世界银行统计数据，截至2021年，卡塔尔人均GDP为6.1276万美元；根据世界人口综述网站2022年人均GDP总值预测，卡塔尔排名全球第四。

卡塔尔拥有相当丰富的石油和天然气资源。作为OPEC组织第11大原油生产国，卡塔尔原油产量仅占该组织总产量的2％。但卡塔尔是世界第一大液化天然气生产和出口国，其天然气总储量更是排名全球第三，仅次于俄罗斯和伊朗。

天津大学化工学院教授、海水淡化专家王志向《中国新闻周刊》介绍，海水淡化主流技术包括反渗透技术（也叫膜法或者膜技术）、多级闪蒸技术和多效蒸馏技术，后两者都属于蒸馏法，通过加热方式实现脱盐。反渗透海水淡化采用电，通过大型管道从海洋中汲取水，并将水喷射到允许水分子通过、但把盐分子挡在外面的薄膜中，将海水里的盐分子脱掉。

“海水淡化本质上是以能源换取水资源。”王志说，不管是用哪种技术，都需要通过燃烧石油、天然气等能源来获得能量，以实现海水淡化。目前，沙特阿拉伯的海水淡水量约占全球总量五分之一；世界上最大的海水淡化工厂坐落在沙特阿拉伯，每天生产140万立方米的淡化水。但这是有代价的：沙特每天要消耗30万桶原油用于海水淡化。

自2010年获得世界杯主办权以来，卡塔尔12年间投入2290亿美元，花费约为过往七届世界杯成本总和的5倍。

卡塔尔世界杯组委会负责人哈桑·塔瓦迪表示，2200多亿美元资金大多用于国内的道路、公共交通等基础设施建设，并非只为了世界杯，这些建设也是卡塔尔政府“2030国家愿景”计划的一部分。这一计划于2008年启动，希望推动卡塔尔转变为“可持续发展的先进社会”。

世界杯期间的用水保障问题，也是卡塔尔基建中很重要的一部分。从卡塔尔首都多哈驱车向南大约70公里，小镇阿布拉克拉附近的荒漠中，一个水利枢纽工程已落成，这就是卡塔尔战略蓄水池项目的南端部分。该项目现场总监卡利萨·林加姆今年接受央视采访时表示，这是卡塔尔最重要的水利设施，也是世界上最大的蓄水池建设项目。

2015年起，作为卡塔尔重要的战略民生工程，同时也为2022年世界杯供水，卡塔尔供水工程正式开始建设，包括海水淡化、储存、输送等系统工程。其中战略蓄水池项目共有五个标段，包含15座巨型蓄水池，每座水池长300米，宽150米，高12米，大约相当于9个足球场的面积，单体容量50万立方米，是经吉尼斯世界紀录认证的“世界最大饮用水水池”。

其中的第四标段E标段，包括两座蓄水池以及加压泵站、水质检验中心、备用发电机房和管线等附属工程，由中国葛洲坝集团负责施工。2020年，卡塔尔供水E标项目的两个水池正式投运。距离该项目20分钟车程就有一个举行世界杯赛事的体育场馆。目前，为了保证世界杯期间的供水，这些水池的蓄水量都在85％以上。

王少华说，这一战略蓄水池项目也为了极大改善卡塔尔本国的供水安全问题。他介绍说，卡塔尔在考察周边海湾国家的供水情况后，发现其自身供水保障体系较薄弱。当时，卡塔尔只在老城区有一些小型供水厂，且彼此之间没有管网相连，无法做到综合管理和调配；另一方面，随着卡塔尔城市的发展，供水系统也要进行提前规划。

王少华曾经在科威特工作过7年，也帮助当地建设蓄水池项目。他说，科威特虽然单个蓄水池容量没有卡塔尔这么大，但其长期、有计划地修建水厂，每隔几年就新建一个，再通过管网相连，因此供水系统要比卡塔尔之前的情况好很多。

卡塔尔打算一口气把这个短板补上。最初，卡塔尔计划修建24座水池，不过，2016年，因为油价下跌，该国财政资金受到一定影响，最后削减计划。蓄水池集中分布在5个区域，由四家公司承建。

这一蓄水池项目的建设过程非常波折。2017年6月，沙特阿拉伯、阿联酋、巴林等国指责卡塔尔支持恐怖主义，切断了与卡塔尔的外交、贸易和交通联系。卡塔尔经历了三年半的经济封锁。当时，因为与周边国家断交，卡塔尔海域、航空、陆路都受到管制。王少华所负责项目订购的一些材料、设备运输都受到影响，被延迟交付；因受经济封锁，很多材料、物价、人力成本上涨，一些分包商倒闭，许多原来的合作和履约都被打断。

2019年，蓄水池项目完工。在没有来水的情况下，这些所储存的水也能够满足卡塔尔全国7天的用水量。作为战略蓄水池，除了像世界杯这种特殊时期，平时无需用到设计负荷，但需要在紧急使用的时候立刻运转。这一项目选用的都是世界上最先进的设备和材料，对仪器仪表和控制系统的可靠性要求特别高。

卡塔尔大学先进材料中心教授哈马·杜拉赫曼等人指出，海水的淡化和清洁用水被确定为卡塔尔“2030年国家愿景”规划的主要挑战之一。为实现这一愿景，同时为2022年世界杯做准备，卡塔尔正从能源密集型的热法海水淡化技术转向更清洁、更绿色的反渗透海水淡化工艺。

全球范围内，应用最为广泛的、装机容量最大的海水淡化技术是反渗透，其最主要优点是能耗最低。

近几十年来，随着海水淡化技术发展，尤其是反渗透技术的发展，海水淡化过程效率已经大为提高。根据韩国学者2019年发表的文章，基于70个大型淡化水厂的数据分析显示，目前淡化一吨水需要用到的电依然在3.5～4.5度之间。相比之下，如果使用多级闪蒸技术，目前淡化一吨水大约要12度电。

王志介绍，自从反渗透技术在1990年代大规模应用以来，学界和产业界一直在致力于两个目标：降低能耗、减少污染。早期淡化一吨水，反渗透技术的能耗需10～20度电，现在能控制在5度以内。这是由于，一方面，膜的透过性能一直在提高；另一方面，过程中采用了一种能量回收装置，能够将淡化后产生的高压浓海水的压力进行回收，明显降低海水淡化的能耗。

海水淡化长期以来比较受到争议的一点，在于其对环境的影响。有学者指出，海水淡化过程中会向海洋排放高盐度废液，其中可能包含淡化过程中添加的氯、重金属、消泡剂等化学成分，或危害珊瑚和小型海洋生物。

2020年12月3日，卡塔尔多哈，工作人员为一处球场浇水。图/视觉中国

对此，王志解釋，实际上，海水淡化的规模再大，与海洋的海水量相比依然是微不足道的，处理后废弃的高浓度盐水如果不是排放在沿海海域，很快就扩散了，已经证明对海洋环境的影响不大。在海水淡化过程中，的确需要加入一些化学添加剂，以免其被污染。现在，包括他的团队在内的世界各地学者们，正在研究抗污染性能更好的膜材料，这样就不用太多的药剂，减少对生态环境的影响。

2020年，中东地区知名咨询机构东方星球研究公司发布的一份报告指出，到2050年，海合会国家用水需求将达到每年3.37万立方米，但该地区预计未来储量仅为2.58万立方米。该报告认为，该地区需要将水量提高77％才能满足其人口未来30年的需求。

位于阿联酋的纽约大学阿布扎比分校水研究中心主任和工程学教授尼达尔·希拉尔今年3月在中东地区媒体《国际新闻报》发表的文章指出，随着几个新项目的启动，海湾合作委员会国家的海水淡化能力将在未来5年增长37％，将有更多反渗透海水淡化厂建立。

作为中东地区重要研究中心，尼达尔·希拉尔介绍，纽约大学水研究中心的实验室正在开发适合阿拉伯地区海水脱盐的膜材料，更适用于波斯湾海域的海水淡化。同时，基于中东高温干旱的气候条件，当地一些研究机构正在研发太阳能驱动的膜技术，将太阳照射与小型海水淡化系统相结合，可用于向偏远地区供水。

特别关注全球和区域淡水问题的美国加州太平洋研究所名誉主席皮特·格莱克在回复《中国新闻周刊》的邮件中指出，反渗透技术近年来有了很大的改进，已接近达到从海水中脱盐所能需要的最低能量。“我希望新技术能进一步降低这些成本，但我没有抱太大的希望。”

所有国家都必须努力实现用水的供需平衡。不过，皮特·格莱克强调，在建造越来越昂贵的海水淡化厂之前，尽可能减少低效用水，提高用水效率，这是平衡供需最便宜的方法。“我敢肯定，世界杯就像任何一个重大赛事一样，显著地增加了举办国家的资源需求压力。但如果卡塔尔努力让来访者了解水的价值和如何节约用水，并暂时减少国内其他用水需求，同时临时性地扩大储水量，就能保障世界杯期间的供水安全问题。”

在中国，海水淡化技术也在持续发展中。天津大学化工学院教授王志所在的城市，今年5月20日发布了《天津市海水淡化产业发展“十四五”规划》。该文件提出，到2025年，天津海水淡化工程规模达到55万吨/日，海水淡化水年供水量达到1亿立方米左右。

王志告诉《中国新闻周刊》，美国、以色列、日本等国家都是海水淡化技术发展比较好的地方，中国的海水淡化技术也是比较领先的水平，而且一些公司也在拓展海外市场，帮助一些国家承建海水淡化厂。

“海水淡化在中国的需求量也很大。”王志指出，特别是在北方一些缺水的沿海城市，比如青岛、大连、天津，除了“南水北调”的淡水资源，淡化的海水一直都是这些城市经济社会发展的重要水源之一，被称为“第二水源”；而在一些没有淡水河流流经的岛屿，比如舟山群岛，就有很多海水淡化厂。早至2013年，国家发改委就将舟山列为国家首批海水淡化产业发展试点城市，纳入国家海水淡化推进应用示范城市。

实际上，海水淡化技术不仅用于海水，一些内陆地区的苦咸水淡化、工业废水或者生活服务废水的处理与回收利用，都需要用到海水淡化技术进行脱盐。

“随着社会经济的发展，对水资源的需求肯定会上涨。在淡水资源有限的情况下，废水回收并不增加淡水总量，唯一能够带来增量的途径，就是海水淡化。”王志说，随着能源结构调整，未来将会更多依靠风能、太阳能、核能等可再生能源，反渗透海水淡化技术不再需要化石能源驱动，以后会更加环保；与此同时，高能耗也不再是其应用的瓶颈，其在人类淡水资源供应中的地位将会愈加重要。