Odsalanie wody morskiej: innowacyjne metody na pozyskanie wody pitnej
- Szczegóły
Szacuje się, że ponad cztery miliardy ludzi w 135 krajach o niskich i średnich dochodach nie ma dostępu do świeżej wody pitnej. Zmiany klimatyczne i wzrost populacji sprawiają, że liczby te wciąż rosną. Rolnictwo i nowe technologie również przyczyniają się do kurczenia się dostępu do niej, co stanowi poważne wyzwanie dla ludzkości.
Światowa Organizacja Zdrowia apeluje, że bezpieczna woda pitna pomaga zapobiegać wielu chorobom, w tym cholerze, polio czy czerwonce.
Tradycyjne metody odsalania wody
Najbardziej logicznym rozwiązaniem problemów z dostępnością wody jest odsalanie, ponieważ ponad 97 proc. wody na Ziemi znajduje się w oceanach. Odsalanie wody z oceanów nie jest takie łatwe. Tradycyjne metody tego procesu, takie jak odsalanie termiczne czy odwrócona osmoza, są jednak bardzo energochłonne i drogie.
Odsalanie termiczne wykorzystuje energię cieplną do usuwania soli z wody i polega na podgrzewaniu cieczy, by wytworzyć parę, która jest naturalnie oddzielona od soli i minerałów, a później wraca do postaci świeżej wody. Obie te metody wykorzystują brudne paliwa kopalne.
Odwrócona osmoza wymaga znacznego nakładu energii, aby wytworzyć ciśnienie, dzięki któremu woda przetoczy się przez specjalną membranę, co pozwoli na uzyskanie wody bez soli. Powstaje wtedy także skoncentrowany produkt uboczny w postaci solanki, który po opadnięciu z powrotem do oceanu może zaszkodzić organizmom wodnym.
Przeczytaj także: Gdzie kupić wodę destylowaną?
Innowacyjne sposoby na odsalanie wody
Istnieje jednak jeszcze jeden, bezpieczniejszy dla środowiska sposób, nad którym pracują firmy. Flocean, Waterise i OceanWell to trzy firmy zajmujące się odsalaniem wody, które myślą nieszablonowo. Uważają, że wystarczy wykorzystać naturalne ciśnienie wody w oceanie, aby osiągnąć to samo, co wymuszanie jej przepływu przez membrany filtracyjne.
Dzięki zastosowaniu technologii głębinowej, m.in. robotów głębinowych i podmorskich kabli energetycznych, a także zanurzeniu membrany na głębokość co najmniej 400 metrów, ciśnienie wody będzie naturalnie przez nią przepływać - pomoże to zaoszczędzić nawet do 40 proc. energii.
Prócz oczywistych korzyści tego procesu, produkt uboczny w postaci solanki może zostać szybko i bezpiecznie rozproszony z powrotem do oceanu, unikając szkody dla organizmów wodnych.
Pierwsze zakłady zostały uruchomione u wybrzeży Norwegii oraz na terenie zbiornika wodnego w kalifornijskim okręgu Las Virgenes, a firmy starają się o kontrakty rządowe, aby dalej rozwijać swój projekt i zwiększyć jego dostępność.
Przykłady wdrożeń nowych technologii
Obecnie Flocean dostarcza ultraczystą wodę lokalnej norweskiej firmie, produkującej wysokiej jakości lody koktajlowe, lecz zawarta została kolejna umowa, tym razem z Mongstad - rafinerią ropy naftowej - na produkcję około miliona litra wody dziennie. Współpraca jest planowana na drugą połowę 2026 roku.
Przeczytaj także: Inwestycje w Jakość Wody w Proszówkach
Firma Waterwise zawarła umowę ze spółką górniczą Jordan Phosphates Mines z siedzibą w Jordanii, aby dostarczać prawie 25 mln litrów odsolonej wody dziennie z Zatoki Akaba.
Cały projekt wzbudził mieszane uczucia. Niektórzy zauważyli, że firmy wciąż muszą pompować świeżą wodę z głębin, więc trudno dostrzec, skąd biorą się znaczące oszczędności energii.
Icemill - innowacyjna koncepcja pozyskiwania wody pitnej z oceanów
„Icemill - pure water for global sustainability” to koncepcja ogromnej instalacji, która pozyskiwałaby wodę pitną z oceanów, bazując na metodzie odsalania przez zamrażanie. Projekt Katarzyny Przybyły, doktorantki Politechniki Wrocławskiej, opiera się na zjawisku krystalizacji cząsteczek wody - temperatura zamarzania czystej wody jest bowiem wyższa niż roztworu wody morskiej.
W porównaniu do innych technologii, zamrażanie jest mniej energochłonne i tańsze, a ze względu na ujemną temperaturę roboczą znacznie redukuje korozję. Naukowiec proponuje budowę specjalnej konstrukcji o strukturze żyroskopu. Cylinder zewnętrzny służyłby do produkcji lodu i mógł się obracać niezależnie od części wewnętrznej. Wewnątrz cylindrów umieszczony lodowy młyn obracałby się zgodnie z trzyfazowym cyklem procesu odsalania: produkcji, czyszczenia i topienia lodu.
Lód byłby wytwarzany w zbiornikach instalowanych na lodówkach. Zbiornik miałby formę zwężającego się cylindra, co ma wspomagać proces oczyszczania lodu. Solanka wypływałaby samodzielnie, a grawitacja ściągałaby ją ponownie do oceanu.
Przeczytaj także: Woda mineralna Józef: Zalety
Następnie czerwone cylindry byłyby odczepiane i transportowane statkami na ląd. W ten sposób można zachować ciągłość dostaw wody pitnej dla ludzi.
Projekt Icemill Katarzyny Przybyły zdobył pierwsze miejsce w konkursie reThinking Competition, wyróżnienie w Evolo Skyscraper i wyróżnienie honorowe w Jacques Rougerie Competition.
Kryzys wodny i potrzeba odsalania wody morskiej
Niedobór wody jest obecnie jednym z głównych problemów XXI wieku. Międzynarodowy konflikt dotyczący "błękitnego złota" już się pojawił i oczekuje się, że będzie się tylko nasilał. Obecnie ponad jedna trzecia światowej populacji żyje w krajach, w których występuje niedobór wody. Oprócz wzrostu liczby ludności odnotowano, że inną ważną przyczyną kryzysu wodnego jest zmiana klimatu i jej wpływ na światowy system wodny i środowisko.
Lodowce, jako główny zbiornik wody pitnej, wpływają na globalną gospodarkę wodną i prądy morskie. Ich topnienie znacznie podnosi temperaturę wody i zmniejsza jej zasolenie. Według National Oceanic and Atmospheric Administration, globalne temperatury stale rosły przez ostatnie 100 lat i oczekuje się, że będą nadal rosły.
Dzięki odsalaniu wody morskiej pustynny Izrael stał się rolniczym potentatem. Instalacje do odsalania wody zapewniają też wodę pitną mieszkańcom Strefy Gazy.
Technologie odsalania wody
Jest kilkanaście różnych sposobów na odsalanie wody, ale dwie najbardziej powszechne technologie to destylacja próżniowa i odwrócona osmoza.
- Destylacja próżniowa wykorzystuje fakt, że temperatura wrzenia zależy także od ciśnienia. Im niższe, tym niższa temperatura wrzenia. W destylacji próżniowej stosuje się jeszcze niższe ciśnienia, co pozwala na wrzenie wody w temperaturze zbliżonej do pokojowej. W praktyce do odsalania wody morskiej stosowano wieloetapową rzutową destylację próżniową, ale to nadal proces energochłonny.
- Odwrócona osmoza polega na wymuszeniu procesu odwrotnego do naturalnej osmozy, czyli przenikania wody w drugą stronę (tam, gdzie stężenie soli jest mniejsze), jeśli roztwór znajdzie się pod ciśnieniem. Wymaga odpowiednich błon (czyli membran), a działanie pomp również wymaga energii.
Dla sukcesu odwróconej osmozy kluczowe było stworzenie odpowiednich półprzepuszczalnych błon. Pierwszy raz proces odsalania wody w ten sposób przeprowadzono w 1949 roku (na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles) i był to proces niezwykle mało wydajny. Sposób na wydajną membranę opatentowano ponad trzydzieści lat później, w 1981 roku. A gdy patent wygasł w 2001 roku, technologia stała się znacznie tańsza.
Zakład odsalania wody morskiej Sorek w Izraelu, 15 km od Tel Awiwu, kosztował aż 500 mln dolarów. Jest jednak potężny i produkuje ponad 600 tysięcy metrów sześciennych wody pitnej dziennie - to ponad pół miliarda litrów na dobę. Do niedawna była to największa tego typu instalacja na świecie, przegoniły ją jednak te budowane w krajach Zatoki Perskiej. Stacja w Ras al-Chair w Arabii Saudyjskiej produkuje okrągły milion metrów sześciennych słodkiej wody na dobę. Zakład Dżebel w Dubaju, w Zjednoczonych Emiratach Arabskich - ponad 2,2 mln metrów sześciennych.
Wszystkie instalacje do odsalania wody morskiej mają jedną zasadniczą wadę. Gdy zabraknie prądu - przestaje płynąć słodka woda. Bez energii nie ma odsalania.
Pasywne systemy odsalania wody
Czy naprawdę nie ma innych sposobów na odsalanie wody niż te za pomocą elektryczności? Istnieją pasywne systemy odsalania wody, które odparowują wodę za pomocą słonecznego ciepła. Mają jednak tę wadę, że szybko zatykają je wytrącające się kryształki morskiej soli, które trzeba regularnie usuwać. Jeśli zaś nie chcemy często usuwać soli, proces odsalania staje się bardzo powolny i mało wydajny.
Zaradzili temu niedawno inżynierowe z amerykańskiego Massachusetts Institute of Technology. Opracowali urządzenie, które naśladuje cyrkulację termohalinową w oceanach - słona woda jest cięższa, więc opada, słodsza jako lżejsza unosi się do góry. Rozwiązuje to problem wytrącania się kryształów soli i nie zmniejsza wydajności odsalania.
Prototyp ich urządzenia jest rozmiarów niewielkiej walizki i może odsolić od 4 do 6 litrów wody morskiej na godzinę. Naukowcy szacują, że ich rozwiązanie jest trwałe, a urządzenie może działać przez kilkanaście lat. Uzyskana tak woda jest niezwykle tania - jest tańsza niż dostarczana wodociągiem.
Wynalazcy twierdzą, że większe urządzenia oparte na tej samej zasadzie działania mogłyby zaspokoić dzienne zapotrzebowanie na wodę kilku osób w gospodarstwie domowym. Zapewne z czasem też powstaną takie instalacje odsalające wodę na skalę przemysłową.
Odsalanie wody morskiej w warunkach podróży
Odsolenie wody morskiej stanowi kluczową technikę przetrwania w sytuacjach, gdy dostęp do słodkiej wody jest ograniczony, zwłaszcza podczas podróży morskich lub wypraw w rejony przybrzeżne.
Woda morska zawiera średnio około 35 g soli na litr, co czyni ją niezdatną do picia. Aby uzdatnić taką wodę, konieczne jest jej odsolenie. Proces ten polega na podgrzewaniu wody morskiej do punktu wrzenia, co powoduje parowanie wody i oddzielanie jej od soli. Następnie para jest skraplana w oddzielnym pojemniku, co daje czystą, słodką wodę. W warunkach podróży można zbudować prosty system destylacyjny z wykorzystaniem ognia, metalowego garnka i zbiornika na skondensowaną parę.
Proces ten polega na umieszczeniu wody morskiej w płytkim pojemniku, przykrytym przezroczystym plastikiem lub szkłem. Promienie słoneczne ogrzewają wodę, powodując jej parowanie. Para następnie kondensuje na chłodniejszej powierzchni pokrycia, skąd można ją zbierać.
Nowoczesną, mobilną technologią odsalania w podróży są filtry z membraną odwróconej osmozy (RO). W tego typu systemach woda morska jest przepychana przez półprzepuszczalną membranę pod wysokim ciśnieniem, która zatrzymuje sole i inne zanieczyszczenia, pozwalając przejść jedynie cząsteczkom wody. Filtry RO są bardzo skuteczne, choć wymagają energii i stosunkowo wysokich kosztów eksploatacji.
Istnieje możliwość wykorzystania środków chemicznych, takich jak specjalne tabletki do odsalania wody, dostępne w niektórych sklepach z ekwipunkiem survivalowym. Tabletki te zawierają substancje chemiczne wiążące jony soli, co pozwala na ich usunięcie z wody morskiej.
Odsalanie wody to proces wymagający umiejętności lub urządzeń, które pomogą wykonać to w sposób prawidłowy. Choć istnieją różne metody odsalania, każda z nich ma swoje zalety i wady, zależnie od dostępnych zasobów czy warunków. Skuteczne odsalanie nie tylko może uratować życie, ale również ochronić przed groźnymi dla zdrowia skutkami picia wody morskiej.
Jeśli jednak masz taką możliwość, zawsze lepiej polegać na zapasach słodkiej wody lub kupować ją w butelkach na miejscu.
Wyzwania i przyszłość odsalania wody morskiej
Czy odsalanie wody morskiej może uratować obszary zagrożone brakiem wody z powodu zmian klimatu? Już ratuje. Wodę słodką z morskiej produkuje się w kilkunastu tysiącach instalacji w 177 krajach świata. W Stanach Zjednoczonych wodę odsala się na Florydzie, w Teksasie i w Kalifornii. Nie bez powodu jednak większość instalacji powstaje w krajach zamożnych. Kosztu budowy instalacji przemysłowych jest bardzo wysoki.
Jedyny zakład odsalania wody w Indiach - dostarcza wodę dla miliona mieszkańców Ćennaju (Madras), gdzie mieszka dziesięć milionów ludzi - kosztował 140 milionów dolarów.
Odsalanie ma też swoją brudną stronę - z każdym litrem wyprodukowanej wody w powstaje półtora litra skoncentrowanej solanki, najczęściej zanieczyszczonej jonami miedzi. Wylewanie jej z powrotem do oceanu szkodzi zwierzętom i roślinom i niszczy lokalne ekosystemy. Trzeba ją oczyszczać i rozcieńczać, co także podnosi koszt produkcji słodkiej wody.
Przede wszystkim jednak odsalanie to sposób na wodę tam, gdzie nie jest zbyt daleko do brzegu morza i oceanu.
Ale w 2022 roku naukowcy odkryli tani materiał, który chłonie parę wodną z powietrza atmosferycznego. To oznacza źródło wody tam, gdzie jest daleko do morza, gdzie nie ma sieci elektrycznej - czyli wszędzie, gdzie odsalanie jest niemożliwe.
Na czasy katastrofy klimatycznej i suszy na wielkich obszarach globu to wreszcie jakaś dobra wiadomość.
| Metoda | Opis | Zalety | Wady |
|---|---|---|---|
| Destylacja termiczna | Podgrzewanie wody morskiej, skraplanie pary | Prosta technologia | Wysoka energochłonność, wykorzystanie paliw kopalnych |
| Odwrócona osmoza | Przepuszczanie wody przez membrany pod ciśnieniem | Niższa energochłonność niż destylacja | Wymaga energii, powstawanie solanki |
| Technologie głębinowe | Wykorzystanie naturalnego ciśnienia wody na głębokości | Oszczędność energii, bezpieczne rozpraszanie solanki | Wymaga technologii głębinowych |
| Zamrażanie (Icemill) | Odsalanie przez zamrażanie wody | Niska energochłonność, redukcja korozji | Wymaga specjalnej konstrukcji |
| Pasywne systemy słoneczne | Odparowywanie wody za pomocą ciepła słonecznego | Niskie koszty eksploatacji | Niska wydajność, zatykanie kryształkami soli |
tags: #woda #pitna #z #oceanów #proces #odsalania
