科学家发明滤水书,未开发国家也能喝到乾净水


2020-07-27


科学家发明滤水书,未开发国家也能喝到乾净水

打开水龙头就有清澈乾净的水可以使用,对我们来说是再自然不过的事,一些先进国家如日本、欧洲等,甚至供给可直接饮用的生饮水。然而这种便利生活,对于某些未开发国家却是遥不可及,因为净水工程必须仰赖庞大金钱及技术资源,当这项基础建设不完备,直接影响当地公共卫生,传染性疾病自然盛行。美国一名科学家丹科维奇(Theresa Dankovich)博士发明了一本书《The Drinkable Book》,用简便的方式教导人们珍惜水资源,更直接让「书」帮你净化水源。

世界水污染的问题一直存在,根据世界卫生组织的统计,全球约有 6.63 亿人无法喝到乾净的水,其中有 1.73 亿的人依靠地表水维生,受污染的水可以传播多种疾病,如腹泻、霍乱、细菌性痢疾、伤寒、血吸虫病,也因此每年约有 350 到 400 万人因此染上疾病而导致死亡,其中 99% 集中在贫穷或开发中国家。

为改善这种状况,以往靠着交通运送生水再煮沸,或者以陶瓷过滤器滤清,但这两种方式必须耗费能源,而且价格昂贵,当资源缺乏时往往只能生饮。一个国际非营利组织 WaterisLife(简称 WIL),便投注在未开发国家的「净水」专案,提供村落、学校、孤儿院、诊所能够有安全的水可用。

该组织最初採取的方法是使用能够过滤水的吸管,一天能滤净 2-3 公升的水,因此急需时,人们可以直接使用饮用。然而,这对日常生活需求是不够的,因此 WIL 和美国维吉尼亚大学(the University of Virginia)及卡内基美隆大学(Carnegie Mellon University)的科学家一同开发更棒的产品──「可饮用的书」(The Drinkable Book)。

科学家发明滤水书,未开发国家也能喝到乾净水书中的秘密武器奈米银,具强效杀菌力

现于维吉尼亚大学进行博士后研究的科学家丹科维奇(Theresa Dankovich)博士,原专长「奈米粒子经各种应力后的释放模式和化学转换」,自 2008 年开始,她投入开发产品,并成立非营利公司 pAge Drinking Paper,而 The Drinkable Book 的净水原理便是採用奈米银(Nano Silver)强效的杀菌力。

事实上,「银能广泛杀菌」的特性早为人类所应用,但将银奈米化之后,总接触表面积增大,而且银离子能自由进出细菌的细胞膜,杀菌能力提高了 200 倍左右。此外,银的抗菌力只作用在单细胞病原菌,比如大肠桿菌、金黄色葡萄球菌,沙门氏桿菌及绿脓桿菌等,对属于多细胞的人体,造成的刺激性及毒性都极低,而且,银也不存在细菌产生抗药性的风险,十分安全,材料特性容易和纸、聚合物、陶瓷结合,非常适合製成衍生产品。

传统净水方式多以层层如矿物颗粒、活性碳或聚合物薄膜,将细菌及杂质排除,虽有一定成效,但设备很难简易化,因此,Dr. Theresa Dankovich 利用奈米银的特性,发明能杀菌的滤纸。首先,她将纸张浸在奈米银及化学还原剂当中,之后将水份沥乾,并在摄氏 93 度下加热数分钟,确认银均匀覆盖于纸张表面后,再经漂洗烘乾成形。

然而这铁鏽色的纸张只是产品的雏型,2013 年夏天,纽约广告公司 DDB 的设计师 Brian Gartside 在网路上看到 Dr. Dankovich 的研究后便积极连络,希望能为产品做更有趣美观的设计。

Brian Gartside 突发奇想地将杀菌滤纸设计成一本书,书外观十分简洁漂亮,页面则十分厚实,而且还有教育功能,它採用 20% 大豆油成分的油墨,印製水资源卫生保健的基本常识,比如「吃饭前请洗手」、「将垃圾远离水源」等警语,这看似简单,但 Brian Gartside 可伤透脑筋,因为考量到人体摄取的安全量,卡片必须控制油墨的使用量,又要印製不同语言版本如英语、非洲第三大语言斯瓦希里语(Swahili),因此标语要简短有效,十分考验对当地语言及文化的敏锐度。

在实用性方面,每一页面可分为两张 4.5 平方英吋的小卡 ,一张小卡可以用上 30 天,过滤出 100 公升乾净的水(相当于一个人一个月所需要的饮水量),若以一本书有 20 页来计算,每本 The Drinkable Book 能供给一个人约 4 年的饮用水。而 WIL 团队在南非、迦纳及孟加拉等 25 处水源进行杀菌成效测试,证实 The Drinkable Book 可杀死高达 99.9% 细菌,滤水品质几乎达到北美卫生标準,即便有微量的银或铜残留于水中,数值是远低于安全标準,对人体健康无虞。

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The Drinkable Book 的操作方法简便,将打洞好的内页撕下一张小卡,并将它插入以 3D 列印的特製滤盒底部,盖上压力板,并将污水倒入,一会儿,收集槽内便是安全饮用水。

製作耗时,汰换标準需订定

这本神奇滤水书造价十分便宜,约几块美金,似乎十分适合大量生产,然而,团队目前面临几个问题:第一,原先第一批产品是丹科维奇採用人工,花 60 个小时製作出 50 本书,非常耗费时间也不敷需求,因此正着手研发造纸机量产;此外,产品还无法建立统一的汰换标準,但这需要更多实验、及大规模的评估才能制定。

当然,「滤水书」也不是万能,虽然目前证实具备超强杀菌能力,但其他致病的微生物(如原虫)或病毒,尚未证明同等功效。

目前团队和国际非营利组织 International Enterprises(iDE)Bangladesh 合作,正积极在更多贫穷国家(如孟加拉)做环境研究、田野调查,以及收集当地使用者的建议,希望能让产品更能被接受而广泛使用。

发明者丹科维奇接受 Tech Insider 访问时曾提到:「我对于这项研究的热情,完全出自于想要帮助他人和净化环境的愿望」。

的确,洁净水资源和贫穷国家的卫生问题,一直是很大的挑战,因此滤水设备的创新成为热门的题目,近期发明如带有净水设备的水瓶──DrinkPure、利用太阳能净化水的 Solarball,都带给滤水设计不同的想像。但无疑的,The Drinkable Book 最方便好用,不造成污染也容易被当地文化所接受。

这项产品近日获媒体 Fast Company 选为 2015 年度健康类创新设计奖(Innovation by Design Award Winner, Health Category),及坎城国际创意节(Cannes Lions)金狮奖。而目前产品的推展计画,由国际非营利组织 iDE-Bangladesh,以及美国国家卫生研究院(National Institutes of Health)、加拿大自然科学及能源研究中心(Natural Sciences & Engineering Research Council of Canada)所资助。然而团队亦藉由群众募资,筹集 1,000 本滤水书的资金,进行两村庄的一个月乾净用水计画,未来也将净水计画拓展至迦纳、海地、肯亚和印度区等 33 个国家,并且印製更多不同语言的版本。

The Drinkable Book 之所以让人惊豔,不仅因为独特的科技创新,而是结合卓越的人文设计,重视当地需求、打造真正被需要的产品,而且一併解决「净水供给」以及「水资源教育」的问题,但对于在地球上属于开发区的我们,真正要思考的问题是:难道我们就不会面临饮用水污染的情况?还是解决方法更棘手呢?



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