Чи може солона вода втамувати нашу зростаючу спрагу Greenbiz
Це здається досить простим: виймайте сіль з води, щоб вона була питною.
Але це набагато складніше, ніж здається на перший погляд. Це також стає все більш важливим у світі, де прісноводні ресурси поступово напружуються зростанням населення, розвитком, посухою, зміною клімату тощо. Ось чому дослідники та компанії від Сполучених Штатів до Австралії доопрацьовують багатовікову концепцію, яка може бути майбутнім для втамування спраги у світі.
"Що стосується збільшення запасів води, у вас є чотири варіанти: збільшити кількість повторного використання, збільшити обсяг зберігання, зберегти його або звернутися до нового джерела", - сказав Том Панкрац, консультант з опріснення, поточний редактор щотижневого журналу "Осолення води" Звіт. "І для багатьох країн світу єдиним новим джерелом є опріснення".
Дорогий процес
Технологія знесолення існує протягом століть. На Близькому Сході люди давно випаровують солонувату підземну або морську воду, потім конденсують пару, виробляючи безсольну воду для пиття або, в деяких випадках, для зрошення сільського господарства.
З часом процес став більш досконалим. Більшість сучасних засобів для опріснення використовують зворотний осмос, при якому вода під високим тиском перекачується через напівпроникні мембрани, що виводять сіль та інші мінерали.
У всьому світі близько 300 мільйонів людей отримують трохи прісної води з більш ніж 17 000 установок для опріснення води в 150 країнах. Країни Близького Сходу домінували на цьому ринку через необхідність та доступність енергії, але з погрозами дефіциту прісної води, що поширюються по всьому світу, інші швидко приєднуються до їхніх лав. Промисловий потенціал зростає приблизно на 8 відсотків на рік, за словами Ренді Трубі, контролера і колишнього президента Міжнародної асоціації опріснення, промислової групи, що має "сплески активності" в таких місцях, як Австралія та Сінгапур.
У Сполучених Штатах в Карлсбаді, Каліфорнія, будується завод на 1 мільярд доларів, щоб забезпечити близько 7 відсотків потреб у питній воді для регіону Сан-Дієго. Коли він вийде в мережу наприкінці 2015 року, він стане найбільшим у Північній Америці з потужністю 50 мільйонів галонів на день. В даний час у Каліфорнії працює близько 16 пропозицій щодо опріснення води.
Але опріснення коштує дорого. Тисяча галонів прісної води з опріснювальної установки коштує середньому споживачеві в США від 2,50 до 5 доларів, сказав Панкрац, порівняно з 2 доларами для звичайної прісної води.
Це також енергетична свиня: заводи по опрісненню води по всьому світу споживають понад 200 мільйонів кіловат-годин на день (PDF), при цьому витрати на енергію становлять 55 відсотків загальних витрат на експлуатацію та технічне обслуговування. Для отримання одного кубічного метра прісної води з морської води більшості установок зворотного осмосу потрібно близько 3-10 кіловат-годин енергії. Традиційні очисні споруди питної води зазвичай використовують менше 1 кВт-год на кубічний метр.
І це може спричинити екологічні проблеми - від витіснення мешканців океану до негативних змін концентрації солі навколо них.
Проводиться дослідження набору удосконалень для опріснення морської води, щоб зробити цей процес дешевшим та екологічнішим - включаючи зменшення залежності від енергії, одержуваної з викопного палива, що продовжує порочне коло, сприяючи зміні клімату, що сприяє дефіциту прісної води.
Оновлення мембрани
Більшість експертів стверджують, що зворотний осмос настільки ж ефективний, наскільки він отримає. Але деякі дослідники намагаються вичавити більше, покращуючи мембрани, що використовуються для відділення солі від води.
Мембрани, які в даний час використовуються для опріснення, - це в основному тонкі поліамідні плівки, згорнуті в порожнисту трубку, через яку проходить вода. Одним із способів заощадити енергію є збільшення діаметра мембран, який безпосередньо корелює з тим, скільки прісної води вони можуть зробити. Компанії все частіше переходять від 8-дюймових до 16-дюймових мембран з діаметром у чотири рази більше активної площі.
"Ви можете виробляти більше води, одночасно зменшуючи розмір обладнання", - сказав Гарольд Фравел-молодший, виконавчий директор Американської асоціації мембранних технологій, організації, яка просуває використання систем очищення води.
Багато мембранних досліджень зосереджено на наноматеріалах - матеріалах, які приблизно в 100 000 разів менше діаметра людського волосся. У 2012 році дослідники Массачусетського технологічного інституту повідомили, що мембрана, виготовлена з товщини одного атома вуглецевих атомів, яка називається графеном, може працювати так само добре і вимагає меншого тиску для перекачування води, ніж поліамід, який приблизно в тисячу разів товщі. Менший тиск означає меншу кількість енергії для роботи системи, а отже, нижчі рахунки за енергію.
Графен не тільки міцний і неймовірно тонкий, але, на відміну від поліаміду, він не чутливий до водних сполук, таких як хлор. У 2013 році Lockheed Martin запатентував мембрану Perforene, яка має товщину в один атом із отворами, достатньо малими для захоплення солі та інших мінералів, але які дозволяють проходити воді.
Іншим популярним наноматеріальним рішенням є вуглецеві нанотрубки, сказав Філіп Девіс, дослідник з Астонського університету, який спеціалізується на енергоефективних системах для очищення води. Вуглецеві нанотрубки привабливі з тих же причин, що і графен - міцний, міцний матеріал, упакований у крихітну упаковку - і можуть поглинати більше 400 відсотків своєї ваги у солі.