为其 2014年12月

放眼纺织世界: 从沙漠到羊毛

水就是生命——针织土工布为生物创造栖息地

可饮用水已经成为日益稀缺的资源:世界人口与需水量的持续增长,加之气候变化及人为因素,使得地球上原本就有限的淡水资源量在不断缩减。为了开辟饮用水收集的新空间,我们需要有新点子——而大自然就有这么一个智囊!受纳米比亚沙漠甲虫的启发,人们通过模仿这种甲虫的集水方法,采用了针织土工布来获得宝贵的水源,这种方法效率更高,使用规模正在不断加大。

水是生命之源——稀缺的水资源

乍看起来,我们的地球拥有大量的水资源,毕竟地球表面积的70%左右都被海洋覆盖。但与不可饮用的海水的庞大数量相比,可饮用淡水所占比例极低,仅为3.5%。绝大多数的淡水都蕴藏于冰山、冰层或地下水中,在地球数量有限的总淡水资源中,仅有1.73%可供我们人类使用,这一数量相当于2420万立方千米的水。理论上,这些水足以满足地球上所有人口的需求。

但是,由于降雨量存在显著的季节和年度差异,导致很多地区经常会出现缺水难题,而气候变化则进一步加剧了这种情况。而已处于弱势的发展中国家更是经常会出现严重缺水问题。导致这一问题的主要原因包括:快速的人口增长、高人均耗水量及水污染问题的持续加剧。

气候变化和人类活动加快了沙漠化

针织土工布——在仿生工程中大显身手

我们的世界将来会是什么样子?我们这一代对这个问题的关注要超过以往任何时代。鉴于社会上存在的各种普遍问题,例如全球变暖、曾经肥沃的栖息地开始沙漠化、严重缺水及持续的能源危机等等,政治家、科研机构及诸多团体已决定来解决可持续性发展问题。

这种形势也受到了纺织业的迫切关注,尤其是发展迅猛的土工布行业。根据当前的假设,土工布是产业用纺织品领域发展最快的产品类型。其中,无纺布至少占70%,另有约25%属于梭织布。经编或针织布仅占土工布总量的5%左右。这些经编布在仿生工程中的应用正在日益增加。

纳米比亚沙漠内干涸的峡谷

甲虫带来的启发——采用间隔织物从雾中收集饮用水

当今,近十亿人口没有洁净的淡水可以饮用,在有些发展中国家,人们每天只有五升水可用。与之相比,欧洲的人均日用水量约为200升。

图灵宾根大学地质研究所织物与纤维研究部门的研究小组与纺织业的同行为解决这一问题,已经合作研究了数年。他们在研制用于收集可饮用水的雾气收集器时,受到了大自然的启发,尤其是受到了纳米比亚沙漠甲虫集水方法的启发。

大自然通过纳米比亚沙漠甲虫,为科研人员带来启示。 照片来源:Gobabeb研究站,纳米比亚/ITV Denkendorf

在这种甲虫所生活的区域中,每天早晨,来自大西洋的雾气都会向沙漠内地弥散。为了满足自己的水份需求,纳米比亚沙漠甲虫每天在这个时刻,都会聚集到沙丘顶部和丘脊位置,然后伸展腹部,令雾中的水分在自己身体上结露。这种昆虫甲壳上的丘陵状微结构有助于从雾中捕集细小的气溶水滴。当这些小水滴达到一定大小后,甲壳上所产生的露滴就朝甲虫的口部流去。模仿甲虫甲壳上的微结构,研究人员开发了一种纤维基材,并在表面上做有涂层,这样,可以将空气中分布的细小液滴收集起来,然后以特定的方式排走并处理成可饮用水。

从大西洋朝沙漠移动的雾障:纳米比亚海岸

古老的方法,全新的效率——三维织物结构,实现更高集水量

首款集雾网是采用塑料材料制成,被称作是“Atrapanieblas”,最早于1987年在智利投入使用。与这些上一代产品相比,德国新开发的产品采用了引人注目的三维织物构造。具体来说,这些针织间隔面料都不到两厘米厚,并按照沙漠的极限条件进行了完美的调整。该面料与同类解决方案相比,强度提高了三倍,其拉伸强度甚至可以承受极强的飓风。

研究人员在极为干旱的纳米比亚沙漠和Eritrea山区开展了最初的现场测试,结果表明根据所在位置的不同,每平米织物每天可从雾中收集3到55升的水分。这款集雾器现在已经实现了工业化生产,作为一种高效、经济的方式,它不仅能够满足干旱地区整个村庄的需水量,还可用于农田灌溉。

使用集雾器收集可饮用水的微距拍摄图。照片:ITV Denkendorf

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