STEAM足迹：有用的「霧水」
【明報專訊】香港春夏季潮濕大霧，根據香港天文台網頁，每年至少有6個月天氣潮濕，在濕𣲷𣲷的環境下，可能令人感覺不舒服，但也有人獲啟發構思利用霧水作為飲用水源，更可作為發電能源之一呢！
「香港霧多而且潮濕，空氣中存有不少水分，便想到可不可收集那些水分來發電。」香港城市大學機械工程學系、能源及環境學院助理教授Steven Wang博士(Dr Wang)說。因為香港大霧的環境，啟發了他和團隊製作出綠色集霧發電機呢！
■知多點
霧的形成
霧由大量微細水滴組成，在近地面的空氣中懸浮，當四周環境有以下3個條件時，空氣中的水氣會因近地面空氣冷卻而凝結成微細水滴：
ˇ水氣充足
ˇ微風
ˇ大氣層穩定
當微細水滴令能見度降到1000米以下，便可稱為「霧」了，能見度在1000至5000米之間稱「薄霧」。
相對濕度
空氣中存有水氣，溫度的高低會影響水氣含量，當氣溫愈高，可容納的水氣愈多，因此會以「相對濕度」來標示空氣中實際水氣含量、與相同溫度下飽和水氣含量的比例。相對濕度100%是指空氣中的水氣含量已達飽和(即可容納的水氣上限)。 一般來說，相對濕度達85%以上，已屬潮濕。香港即使到了12月，相對濕度也有達85%或以上的時候呢！
收集霧的方法
霧中有水分，我們四周都是水資源呢！Dr Wang說：「如集霧裝置設在山上，空氣受污染的程度較小，收集而來的霧水是相對潔淨的水資源。現在展出的是小型的集霧發電機，實際應用的裝置會大得多，涉及不少複雜的科技及原理。」現在先學習簡化的基礎概念吧！(圖c)
一滴水亮起100盞燈
別小看一滴水，在測試過程中，團隊用一滴水就能把小LED燈亮起(圖d)。Dr Wang說一滴水產生的電力足以令100多盞小LED燈亮起來呢！
第1步：
圓柱狀的「仿生超疏水網狀集霧器」收集四周的霧，Dr Wang說：「這是特製物料製成的網，因為霧從四面八方來，以圓柱狀設計就能收集四周更多霧。」
第2步：
網狀集霧器收集霧，也「留住」霧，讓霧匯聚成水滴。Dr Wang指原理就像網上掛有許多斜鈎狀小針，讓霧在上面稍作停留，減緩流走速度。
第3步：
霧形成水滴後沿滴管滴下。
第4步：
水滴會滴在看似膠板的板上，並會因靜電效應產生電力。霧水成電的重點在這塊「膠板」，Dr Wang說，這是能有效從水變電的「液——液摩擦納米發電機」(SLIPS-TENG)，並已申請專利，水滴通過與特製的表面摩擦，就能產生動能，用以發電。原理就像我們用間尺摩擦頭髮後產生靜電，能令間尺吸起碎紙屑的現象。
第5步：
水滴下來產生的電力會被收集，只要適當的過濾工序，就變成潔淨的飲用水。如此，霧既可成電，也可作飲用水了。
■STEAM學一學
靜電
不同材質例如金屬、塑膠、木材等物件均帶有電子，分為正、負電，當它們平衡的時候不會令物件出現「電力」，而通過將不同材質的物件互相摩擦，令物件中的正、負電失衡(即一邊多一邊少)，就能產生電力，稱為「靜電」。
「看」靜電現象
日常的微小摩擦會產生小量靜電，例如以絲綢來回擦拭玻璃棒等，想觀察靜電現象，在不良的導電體或絕緣體上摩擦更有效果，因為良好的導電體如金屬等，由於很易將電子傳遞，經摩擦產生的靜電很快消失。若是不良的導電體(如木頭、皮革等)，電子較難傳遞，靜電有更多時間累積足夠的量，讓人可以觀察到。
能量轉換
不同的能量可令物件出現變化，例如移動等，產生動力的力量稱為「能量」，水產生的動力稱為「水能」，是可再生能源之一。當可以用作動力的水，轉化成另一種能量供予其他活動，這過程稱為「能量轉換」，例如綠色集霧發電機就是將水能轉為電能的能量轉換裝置。
裝置的應用
Dr Wang希望團隊研發的裝置能應用於全世界，可以為不同地區的居民供電供水(構想圖)(圖e)。在濕度較高(如沿海地區)、霧多的偏遠山區，可以發揮的效能更大。
■想一想
你認為香港用得上這裝置嗎？雖然自來水供應系統覆蓋了99.9％香港人口的食水需要，但仍然有偏遠及人口稀少的鄉村沒有自來水供應，主要依靠溪水或井水為生活用水，或由政府提供食水。根據立法會2018年文件「立法會十三題：偏遠鄉村的自來水供應」顯示，屯門田夫仔、大埔東平洲等地區便沒有自來水供應系統。
你認為將綠色集霧發電機設在上述地區，能改善當區居民生活嗎？為什麼？
■常識站
能源
有初級能源和次級能源之分，初級能源指不經轉換過程可直接取用，如非再生能源：天然氣、石油、煤等；或可再生能源如水能、太陽能、風能等。次級能源需經轉換過程產生，例如經水能轉換為電能。
■想一想
你認為大自然還有哪些資源可轉化成另一種可用能源？
■關鍵詞
能源 energy
霧 fog
靜電 static electricity
文：鄭惠霞
圖：劉焌陶、法新社、受訪者提供
[常識學堂 第229期]
