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我们有多少水资源(三)

已有 4137 次阅读 2010-3-23 15:08 |个人分类:读书|系统分类:科研笔记| 水资源, 水汽, 空气, 凝结

根据地球可以接受到的太阳能所能蒸发的水的量,可以给出地球上可用的水资源量的一个估计(http://www.sciencenet.cn/blog/user_content.aspx?id=265805)。这样的估计当然是十分粗略的,因为陆地的降水量远小于海洋的降水量。我曾经想这个估计或许可以作为一种水资源量“安全”到不现实的上限。但现在看来这个上限从理论上讲也不是那么可靠的。

根本的原因是用于产生淡水的方法不只有太阳光造成的蒸发。蒸发水的能量来源可以是地热,产生淡水的方法还可以有海水淡化和从空气中凝结。海水淡化解决了海边的富裕缺水国家(例如波斯湾沿岸国家)的用水需求。但是这种方法在远离海洋的内陆就不那么管用了。但是还有一个不错的办法,那就是把空气中的水凝结出来。这个办法就和我同学说的用热机来考虑水资源量有那么点关系了。

让我们考虑一个问题,如果某地很长时间没有降雨,空气湿度50%,从空气中凝结水能解决多大的问题。300K时的饱和蒸汽压是35.232百帕,273.2K时的饱和蒸汽压是6.105百帕。用理想气体状态方程$p=(\rho/m_{H_2O})kT$,可以计算两个温度下空气中水汽的密度$\rho_{300\rm K}=25.6\rm g/m^3\times 50\%$,$\rho_{273.02\rm K}=4.9\rm g/m^3$。使1立方米空气从300K降温到273K放出的热量大约是$2.7\times 10^4$焦耳,而实际使用热机实现这个过程,耗费的电能是$2.7\times 10^4\times 27/300=2.43\times 10^3$焦耳。所以理想情况1度电可以制水$3600\times 1000\times/(2.43\times 10^3)\times(25.6\times 50\%-4.9)=1.17\times 10^4$克水。也就是一度电可以制水11千克。

在没有运水车,政府又不重视水利的地方,用这个办法制点饮用水还是不错的。

环境问题思辨
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