Woda pitna na okręcie podwodnym: Systemy i technologie
- Szczegóły
Zasoby słodkiej wody stanowią zaledwie około 2,5 proc. wody na Ziemi, a większość stanowi niezdatna do spożycia woda morska. W konsekwencji znaczna część populacji cierpi z powodów niedoborów wody. Kwestia usuwania soli i innych domieszek zaprząta uwagę sporej części ludzkości od dość dawna.
Odsalanie wody morskiej
Odsalaniem nazywa się procesy usuwania soli i innych minerałów z wody morskiej, w celu uzyskania słodkiej wody zdatnej do nawadniania lub spożycia. Wiele jałowych obszarów Ziemi w ogóle jest pozbawione powierzchniowych zasobów słodkiej wody, takich jak rzeki i jeziora.
Według International Desalination Association, na całym świecie już ponad 300 milionów ludzi otrzymuje wodę z zakładów odsalania. Już kilka lat temu globalna liczba zakładów odsalania wynosiła ok. 20 tys. a produkcja światowa odsolonej wody wynosi obecnie ok. 100 mld litrów dziennie.
Największe na świecie zakłady odsalające znajdują się w Jebel Ali w Zjednoczonych Emiratach Arabskich. Uzyskują one 300 milionów metrów sześciennych wody rocznie. Przodujący wcześniej na liście największych zakład Sorek Desalination Plant, znajduje się na południe od Tel Awiwu w Izraelu i produkuje ponad pięćset milionów litrów wody pitnej dziennie.
Metody odsalania
Odsalanie pozostaje kosztownym sposobem pozyskania wody, ponieważ wymaga ogromnych ilości energii. Chodzi o to, by produkować więcej wody na jednostkę energii, oraz lepsze sposoby radzenia sobie z wysoko skoncentrowaną solanką, która jest kłopotliwą, zawierającą nierzadko toksyczne substancje chemiczne, pozostałością po procesach odsalania.
Przeczytaj także: Gdzie kupić wodę destylowaną?
Na największą skalę stosowana jest destylacja, w szczególności destylacja próżniowa. Destylacja wody to proces stosunkowo prosty i zrozumiały. Rzecz z w tym, aby był też mniej kosztowny energetycznie. Dlatego dąży się do wykorzystania w nim źródeł odnawialnych, głównie słońca.
W ostatnich latach następuje szybki rozwój metod opartych na odwróconej osmozie (3), głównie dzięki rozwojowi membran półprzepuszczalnych i oszczędniejszych pomp wysokociśnieniowych. Odwróconą osmozą nazywa się metodę polegającą na wymuszonej dyfuzji rozpuszczalnika przez błonę półprzepuszczalną umieszczoną pomiędzy dwoma roztworami o różnym stężeniu.
Najnowszym nurtem w dążeniach do obniżenia zużycia energii i kosztów produkcji słodkiej wody w procesie odsalania technika odwróconej osmozy jest rozwój nanostrukturalnych membran, które zapewniają bardziej efektywny transport wody w porównaniu do istniejących konwencjonalnych cienkowarstwowych elementów membranowych. Ponadto, nanostrukturalne membrany mogą mieć podwyższoną selektywność w odrzucaniu określonych jonów.
Wywodzące się pierwotnie z badań nad konwersją energii cieplnej w oceanach, niskotemperaturowe odsalanie termiczne (LTTD) wykorzystuje gotowanie wody pod niskim ciśnieniem, nawet w temperaturze otoczenia. System wykorzystuje pompy do stworzenia środowiska o niskim ciśnieniu, w którym woda wrze przy temperaturach 8-10 °C. Powstała wskutek procesu skroplona para wodna jest oczyszczona z soli.
Technologie odsalania napędzane termicznie są często kojarzone z niskotemperaturowymi źródłami ciepła odpadowego. Podłączenie technologii odsalania termicznego np. do układu wydechowego silnika wysokoprężnego wykorzystuje ciepło do odsalania a zarazem aktywnie chłodzi silnik zasilający generator, poprawiając jego wydajność i zwiększając produkcję energii elektrycznej.
Przeczytaj także: Inwestycje w Jakość Wody w Proszówkach
Techniki odsalania wody morskiej mogą być też stosowane w połączeniu z uprawami zielonymi. Tak jest w zastosowanej m.in. w Egipcie technice odsalania w szklarni IBTS (ang. skrót od Integrated Biotectural System). IBTS to z jednej strony instalacja odsalająca, a z drugiej szklarnia działająca zgodnie z naturalnym obiegiem wody.
Innowacyjne metody odsalania
Naukowcy donoszą o opracowaniu wysoce wydajnego urządzenia do odsalania, które wykorzystuje warstwę zawierającą tytan, zdolną do pochłaniania energii słonecznej. W AIP Advances opublikowanym przez AIP Publishing, naukowcy z Chin donoszą o opracowaniu wysoce wydajnego urządzenia do odsalania zasilanego energią słoneczną. Urządzenie składa się z warstwy zawierającej tytan, TiNO lub tlenku azotku tytanu, zdolnej do pochłaniania energii słonecznej.
Badacze opracowali metodę osadzania warstwy TiNO przy użyciu techniki znanej jako rozpylanie magnetronowe. Wykorzystali specjalny rodzaj bardzo porowatego papieru airlaid, który działa jako materiał odprowadzający wilgoć do dostarczania wody ze zbiornika wody morskiej. Parownik składał się z trzech części: warstwy TiNO na powierzchni, izolatora termicznego i ułożonej warstwy papieru na dole.
Okazuje się, że i polska nauka może się pochwalić innowacyjnym projektem w tej dziedzinie. Efektem kilku lat pracy był startup Nanoseen, w którego ramach udało się wytworzyć nanomembrany z mieszanych matryc powstałych z połączenia wielu rodzajów nanomateriałów (Mix Matrix Solution) wymieszanych w różnym stopniu wagowym. Dzięki temu udało się wytworzyć pory przepuszczające filtrowaną ciecz mające wielkość - przy najmniejszych porach sięgającą od 0.1 do 0.8 nanometrów.
Technologia jest przyjazna dla środowiska i nie emituje CO2. Same nanomembrany są również skalowalne, całkowicie biodegradowalne gdyż wykonane są z materiałów pochodzenia naturalnego (związki węgla). Dodatkowo związki chemiczne zebrane podczas oczyszczania wody można wykorzystać do innych procesów, jak choćby recyklingu litu wykorzystywanego do produkcji baterii litowo-jonowych.
Przeczytaj także: Woda mineralna Józef: Zalety
Obecne zasoby spółki Nanoseen umożliwiają produkcję kilkunastu nanomembran NanoseenX w ciągu tygodnia, jednakże spółka stara się stale zwiększać swoje moce przerobowe. Koszt wyprodukowania każdej nanomembrany to około 0,5 USD za średnicę 60 cm i 0,08 USD za średnicę 12 cm, dzięki czemu technologia pozwala na jak najtańsze uzyskanie wody z procesu odsalania i oczyszczania wody. Koszt pozyskania takiej wody wynosi zaledwie 0,0001 USD/litr.
Systemy wodne na okrętach podwodnych
Dziś na jachtach spotkać można najróżniejsze systemy, które poprawić mają komfort załogi. Do takich bez wątpienia należy instalacja wodna i sanitarna, pozwalająca osobom znajdującym się na pokładzie okrętu korzystać z wody i jednocześnie odprowadzać nieczystości do specjalnych zbiorników. Za sprawą rozbudowanych instalacji wodnych i sanitarnych możliwe jest zainstalowanie dużego zbiornika w centralnym punkcie okrętu. Następnie za pomocą pomp woda rozprowadzana jest do punktów odbioru - umywalek, zlewów, toalet czy bojlera podgrzewającego wodę, by następnie wykorzystać ją do mycia. Można także stworzyć instalację, która pobierać będzie słoną wodę zaburtową - na przykład do wykorzystania w toaletach.
W przypadku większych instalacji, gdzie konieczne jest umieszczenie kilku punktów odbioru oddalonych od siebie, z pomocą przychodzą pompy ciśnieniowe o różnej wydajności. Bez problemu przetłoczą wodę w obrębie niewielkiego statku jak i na drugi koniec olbrzymiego jachtu.
Tabela: Porównanie wybranych metod odsalania wody
| Metoda | Opis | Zalety | Wady |
|---|---|---|---|
| Destylacja | Ogrzewanie wody do wrzenia i zbieranie pary | Prosta i zrozumiała metoda | Wysokie zużycie energii |
| Odwrócona osmoza | Przepuszczanie wody przez membranę pod ciśnieniem | Wysoka wydajność | Wymaga drogich membran i pomp wysokociśnieniowych |
| Niskotemperaturowe odsalanie termiczne (LTTD) | Gotowanie wody pod niskim ciśnieniem | Wykorzystuje niskotemperaturowe źródła ciepła odpadowego | Wymaga specjalnych pomp i systemów |
| Nanofiltracja | Wykorzystanie nanostrukturalnych membran | Bardziej efektywny transport wody, selektywność w odrzucaniu jonów | Technologia wciąż w fazie rozwoju |
tags: #woda #pitna #na #okręcie #podwodnym #systemy
