Yhä vedenkestävämpi maailma ottaa uuden näköisen suolanpoistoon. Se näyttää tarpeeksi yksinkertaiselta: Ota suola pois vedestä, joten se on juotavaa.

Mutta se on paljon monimutkaisempi kuin se näyttää ensi silmäyksellä. Se on myös yhä tärkeämpää maailmassa, jossa makean veden luonnonvaroja rasittavat väestönkasvu, kehitys, kuivuus, ilmastonmuutos ja paljon muuta. Siksi Yhdysvaltojen ja Australian tutkijat ja yritykset hienosäätävät vuosisatoja vanhaa konseptia, joka voisi olla tulevaisuuden sammuttaa maailman jano.

”Kun kyseessä on vesihuollon lisääminen, sinulla on neljä vaihtoehtoa: Lisää uudelleenkäyttöäsi, lisää varastointia, säästää sitä tai käänny uuteen lähteeseen”, sanoo suolanpoistokonsultti Tom Pankratz ja viikoittaisen kaupan julkaisun nykyinen toimittaja Veden suolanpoistoraportti. "Ja monissa paikoissa ympäri maailmaa ainoa uusi lähde on suolanpoisto."

Kallis prosessi

Suolanpoistotekniikka on ollut jo vuosisatoja. Lähi-idässä ihmiset ovat pitkään haihduttaneet murskaavan pohjaveden tai meriveden, sitten tiivistäneet höyryn tuottamaan suolattomaa vettä juomista varten tai joissakin tapauksissa maatalouden kasteluun.

Ajan mittaan prosessi on kehittynyt kehittyneemmäksi. Useimmat nykyaikaiset suolanpoistolaitokset käyttävät käänteisosmoosia, jossa vettä pumpataan suurella paineella puoliläpäisevien kalvojen läpi, jotka poistavat suolaa ja muita mineraaleja.

Maailmanlaajuisesti noin 300 miljoonaa ihmistä saa makean veden yli 17,000-suolanpoistolaitoksista 150-maissa. Lähi-idän maat ovat hallinneet markkinoita välttämättömyydestä ja energian saatavuudesta, mutta uhkana makean veden puute leviää ympäri maailmaa, toiset ovat nopeasti liittymässä joukkoonsa. Teollisuuden kapasiteetti kasvaa noin 8-prosenttiyksikköä vuodessa, johtaja Randy Trubyn mukaan. Kansainvälinen suolanpoistoyhdistys- teollisuusryhmä, jolla on ”aktiivisia purkauksia” sellaisissa paikoissa kuin Australia ja Singapore.

Yhdysvalloissa Carlsbadissa, Kaliforniassa, rakennetaan $ 1 miljardia tehdasta, joka tarjoaa noin 7-prosentin osuuden San Diegon alueen juomaveden tarpeesta. Kun se menee verkkoon myöhään 2015issa, se on suurin Pohjois-Amerikassa, jossa on 50-miljoonan gallonan päivittäinen kapasiteetti. Kaliforniassa on tällä hetkellä noin 16-suolanpoistolaitoksen ehdotuksia töissä.

Suurin osa maapallon vedestä löytyy valtameristä ja muista suolaisen veden ruumiista.

Mutta suolanpoisto on kallista. Tuhatta litraa makean veden suolanpoistolaitoksesta maksaa keskimääräiselle Yhdysvaltain kuluttajalle $ 2.50 $ 5: lle, Pankratz sanoo, verrattuna perinteiseen makean veden 2: iin.

Se on myös energiahiko: suolanpoistolaitokset ympäri maailmaa kuluttavat enemmän kuin 200 miljoonaa kilowattituntia päivässä, energiakustannuksilla arvioidaan 55 prosenttiosuus laitosten kokonaiskäyttö- ja ylläpitokustannuksista. Useimmat käänteisosmoosilaitokset vievät 3: sta 10: n kilowattituntia energiaa tuottamaan yhden kuutiometrin makean veden merivedestä. Perinteiset juomaveden käsittelylaitokset käyttävät tyypillisesti hyvin alle 1 kWh / kuutiometriä.

Ja se voi aiheuttaa ympäristöongelmia, siirtymästä valtameren asuinolosuhteisiin niiden ympärillä olevien suolakonsentraatioiden haitalliseksi muuttamiseksi.

Meriveden suolanpoiston parannuksia on parhaillaan tutkittu, jotta prosessi olisi halvempi ja ympäristöystävällisempi - mukaan lukien riippuvuuden vähentäminen fossiilisista polttoaineista peräisin olevasta energiasta, joka säilyttää kieroutuneen kierron edistämällä ensinnäkin makean veden puutetta edistävää ilmastonmuutosta.

Membrane Upgrade

Useimmat asiantuntijat sanovat, että käänteisosmoosi on yhtä tehokas kuin se tulee. Mutta jotkut tutkijat yrittävät puristaa enemmän parantamalla suoloja veden erottamiseksi.

Tällä hetkellä suolanpoistoon käytettävät kalvot ovat pääasiassa ohuita polyamidikalvoja, jotka on rullattu onttoon putkeen, jonka läpi vesi kulkee. Yksi tapa säästää energiaa on lisätä kalvojen halkaisijaa, joka on suoraan yhteydessä siihen, kuinka paljon makean veden ne voivat tehdä. Yritykset siirtyvät yhä enemmän 8-tuumasta 16-tuuman halkaisijaltaan kalvoihin, joilla on neljä kertaa aktiivinen alue.

”Voit tuottaa enemmän vettä samalla kun vähennät laitteiden jalanjälkeä,” sanoo Harold Fravel Jr. American Membrane Technology Association, organisaatio, joka edistää vedenpuhdistusjärjestelmien käyttöä.

Monet kalvotutkimukset keskittyvät nanomateriaaleihin - materiaaleihin, jotka ovat noin 100,000-kertoja pienempiä kuin hiusten läpimitta. Massachusetts Institute of Technologyn tutkijat raportoivat 2012: ssa, että yhden atomin paksusta hiiliatomilevystä valmistettu kalvo, jota kutsutaan grafeeniksi, voisi toimia yhtä hyvin ja vaatii vähemmän painetta veden pumppaamiseen kuin polyamidi, joka on noin tuhat kertaa paksumpi. Vähemmän painetta tarkoittaa vähemmän energiaa järjestelmän käyttämiseen ja siten pienempiä energialaskuja.

Grafeeni ei ole vain kestävä ja uskomattoman ohut, mutta toisin kuin polyamidi, se ei ole herkkä vedenkäsittelyyhdisteille, kuten kloorille. 2013issa Lockheed Martin patentoi Perforenen kalvon, joka on yksi atomi, jonka paksuus on riittävän pieni reikien ja muiden mineraalien sieppaamiseksi, mutta joka mahdollistaa veden kulkeutumisen.

Toinen suosittu nanomateriaaliratkaisu on hiilinanoputkia, sanoo Philip Davies, Astonin yliopiston tutkija, joka on erikoistunut energiatehokkaisiin vesien käsittelyjärjestelmiin. Hiilinanoputket ovat houkuttelevia samoista syistä kuin grafeeni - vahva, kestävä materiaali, joka on pakattu pieneen pakkaukseen - ja voi imeä enemmän kuin 400-prosenttiosuuden painosta suolassa.

Kalvot on vaihdettava ulos, joten hiilinanoputkien kestävyys ja korkea imeytymisnopeus voivat vähentää vaihtotaajuutta, mikä säästää aikaa ja rahaa.

Membraanitekniikka "kuulostaa seksikäs, mutta se ei ole helppoa", Pankratz sanoo. ”Teknisiä haasteita on, kun tehdään jotain niin ohutta, että ylläpidetään edelleen eheyttä.”

Grafeeni- ja hiilinanoputket ovat vuosikymmeniä poissa laajasta käytöstä, sanoo Wendell Ela, Arizonan yliopiston kemian- ja ympäristötekniikan professori. "Näen, että heillä on vaikutusta, mutta se on keino ulos."

Truby totesi, että kaupallistamisen esteet ovat sellaisten pienten materiaalien suunnittelu ja uusien kalvojen tekeminen, jotka ovat yhteensopivia nykyisten laitosten ja infrastruktuurin kanssa.

”Se on avain järjestelmien päivittämiseen repimättä niitä alas ja rakentamalla uutta laitosta”, hän sanoo.

Välitä Osmoosi

Toiset katsovat käänteisosmoosin ulkopuolelle toiseen prosessiin, joka tunnetaan eteenpäin tulevana osmoosina. Tulevassa osmoosissa merivesi vedetään järjestelmään liuoksella, jossa on suoloja ja kaasuja, mikä luo suuren osmoottisen paineen eron liuosten välillä. Liuokset kulkevat kalvon läpi yhdessä, jolloin suolat jäävät.

Ela sanoo eteenpäin osmoosin "todennäköisesti tehokkaimmaksi kuin esikäsittely, eikä erillisenä hoitona kaupallisissa merivesilaitoksissa", koska käänteisosmoosi toimii paremmin suuressa mittakaavassa. Esikäsittelyssä eteenpäin suunnattu osmoosi voi pidentää käänteisosmoosikalvojen käyttöikää ja edistää koko järjestelmän terveyttä vähentämällä tarvittavia desinfiointiaineita ja muita esikäsittelyvaihtoehtoja.

Prosessin pitäisi käyttää vähemmän energiaa kuin käänteisosmoosi, Ela sanoo, koska sitä ohjaa termodynamiikka. Mutta viime kesänä MIT: n tiedemiehet kertoivat, että suolanpoistoa edeltävä osmoosi saattaa osoittautua energiaintensiivisemmäksi kuin käänteisosmoosi, koska ensimmäisestä vaiheesta johtuvassa liuoksessa on suuri suolapitoisuus.

Britannian yritys Moderni vesi liikennöi ensimmäisen kaupallisen osmoosilaitoksen Omanissa, Arabian niemimaan kaakkoisrannikolla. 26,000 gallonassa päivässä järjestelmä on paljon pienempi kapasiteetti kuin useimmissa laajamittaisissa käänteisosmoosijärjestelmissä. Yhtiön virkamiehet eivät palauttaneet pyyntöjä kommentoida laitosta. Yrityskertomuksessa todettiin kuitenkin, että laitoksella oli 42-prosentin energian vähennys verrattuna käänteisosmoosiin.

Heather Cooley, vesiohjelman johtaja Tyynenmeren instituuttiKaliforniassa toimiva kestävän kehityksen tutkimusorganisaatio sanoo, että useimmat eteenpäin suuntautuvat osmoositeknologiat ovat edelleen tutkimus- ja kehitysvaiheessa ja että kaupallinen käyttö on viisi - 10 vuotta.

Laimennusliuos

Toinen lähestymistapa suolanpoiston energiakustannusten vähentämiseksi on RO-PRO tai käänteisosmoosipaineen hidastama osmoosi. RO-PRO toimii siirtämällä heikentyneen makean veden lähteen, kuten jäteveden, kalvon läpi erittäin suolaiseen liuokseen, joka on jäänyt käänteisosmoosista ja joka tavallisesti päästetään merelle. Kummankin sekoittaminen tuottaa paineita ja energiaa, jota käytetään käänteisosmoosipumpun tehoon.

Innoittamana järjestelmän käyttämästä järjestelmästä StatkraftNorjaan perustuva vesivoiman ja uusiutuvan energian yritys, Etelä-Kalifornian yliopiston ympäristötekniikan professori Amy Childress ja kollegansa kokeilevat RO-PRO: ta Kaliforniassa. Childressin mukaan optimistiset arviot osoittavat, että RO-PRO voi vähentää käänteisosmoosin tarvitsemaa energiaa 30-prosentteina. Hän toteaa, että jotkut määrittelemättömät yritykset ovat osoittaneet kiinnostusta pilottiinsa.

Uusiutuva energia ja uusiutuva energia

Fravel sanoo, että monet kasvit yrittävät ottaa talteen energiaa prosessista. Esimerkiksi turboahtimet ottavat kineettistä energiaa väkevän suolaisen veden lähtevästä virrasta ja ottavat sen uudelleen käyttöön tulevan meriveden puolelle. "Saatat olla 900 [puntaa per neliö tuumaa] syöttöpuolella ja konsentraatti saattaa tulla ulos 700 psi: ssä. Se on paljon energiaa tiivistevirrassa, hän sanoo.

Uusiutuvien energialähteiden sisällyttäminen asioiden energiantuotantoon on erityisen lupaava lähestymistapa suolanpoiston kestävyyden parantamiseen. Veden puhdistus ennen kalvojen siirtymistä voi myös säästää energiaa. ”Mitä paremmin voit puhdistaa vettä ennen kuin se menee käänteisosmoosiin, sitä parempi se toimii”, Fravel sanoo. Bahrainin, Japanin, Saudi-Arabian ja Kiinan kasvit käyttävät esikäsittelyä sujuvampaan käänteisosmoosiprosessiin.

Uusiutuvien energialähteiden sisällyttäminen asioiden energiantuotantoon on erityisen lupaava lähestymistapa suolanpoiston kestävyyden parantamiseksi. Tällä hetkellä arvioitu 1-prosenttiosuus suolavedestä tulee uusiutuvista lähteistä peräisin olevasta energiasta, pääasiassa pienimuotoisissa tiloissa. Suuremmat laitokset ovat kuitenkin alkaneet lisätä uusiutuvia energialähteitä energiasalkkuunsa.

Vuosien kovan kuivuuden jälkeen Australia toi 2006ista kuusi suolanpoistolaitosta 2012iin, investoimalla enemmän kuin $ 10 miljardia euroa. Laitokset käyttävät energiaan joitakin uusiutuvia energialähteitä, lähinnä läheisten tuulivoimapuistojen kautta, jotka panevat energiaa verkkoon, Pankratz sanoo. Sydney Waterin suolanpoistolaitos, joka toimittaa noin 15-prosenttiosaa vettä Australian väkirikkaimmalle kaupungille, saa aikaan 67-turbiinin Capital Wind Farm -yhtiön korvaukset noin 170-kilometriä etelään.

Aurinkoenergia on houkutteleva monille raskaille suolanpoistovaltioille - etenkin Lähi-idän ja Karibian alueille, joissa aurinko on runsaasti. Yhdessä kunnianhimoisemmista hankkeista Yhdistyneiden arabiemiirikuntien energiayhtiö Masdar ilmoitti 2013: ssa työskentelevänsä maailman suurimmalla aurinkovoimalla valmistetulla suolanpoistolaitoksella, joka pystyy tuottamaan enemmän kuin 22 miljoonaa gallonaa päivässä suunnitellulla käynnistämisellä 2020issa.

Ympäristövaikutukset

Suunnitelmissa meriveden käytöstä on luonnollisesti otettava huomioon meren elämään liittyvät vaikutukset. Monet suolanpoistolaitokset käyttävät avointa meren saantia; nämä seulotaan usein, mutta suolanpoistoprosessi voi kuitenkin tappaa organismeja saannin aikana tai laitoksen hoitovaiheiden aikana, Cooley sanoo. Uudet maaperän saannit, jotka kulkevat hiekan alle sen käyttämiseksi luonnollisena suodattimena, voivat auttaa lievittämään tätä huolta.

On myös ongelma siitä, miten eroon paljon suolaisesta vedestä poistetaan suolanpoiston jälkeen. Kahden gallonan välein laitos vie yhden gallonan juomavettä ja yhden gallonan vettä, joka on noin kaksi kertaa suolaisempi kuin silloin, kun se tuli sisään. Useimmat kasvit päästävät sen takaisin samaan vesistöön, joka toimii sisääntulolähteenä.

Ela sanoo, että pienemmät laitokset, kuten Omanin eteenpäin suuntautuva osmoosilaitos, voivat olla suolanpoistotekniikan tulevaisuus. RO-PRO-tekniikka tarjoaa yhden tavan vähentää suolapitoisuutta purkautumisessa, mikä voi vahingoittaa pohja-asuja. Toinen suosittu menetelmä on hajottimien käyttö, sarja suuttimia, jotka lisäävät tiivisteen purkautumiseen sekoittuvan meriveden määrää ja estävät korkean suolan paikkoja.

Eräässä uudessa äskettäisissä tutkimuksissa, joissa käsiteltiin valtameren purkautumista, Aston Universityn Davies lämmitti aurinkoenergialla upean purkauksen, jolloin magnesiumkloridi muuttui magnesiumoksidiksi, jota hän kutsuu "hyvän aineen hiilidioksidin absorboimiseksi". nousevissa vaiheissa, mutta sillä voisi olla kaksinkertainen ympäristöhyöty vähentämällä päästöjä ja poistamalla CO₂ valtamereltä aurinkovoimalla rikastamaan konsentraattia.

Koko Wise

Ela sanoo, että pienemmät laitokset, kuten Omanin tulevan osmoosilaitos, voivat olla suolanpoistotekniikan tulevaisuus. Monet uudemmat innovaatiot voisivat olla taloudellisesti järkeviä pienemmässä mittakaavassa, eikä yritysten tarvitse investoida niin paljon infrastruktuuriin, hän sanoo.

”Suurten kasvien sijaan voisimme päästä alas 10,000-galloniin suolanpoistolaitoksia kohti”, Ela sanoo. ”Näen hajauttamista ja pieniä suolanpoistolaitoksia, jotka palvelevat pieniä yhteisöjä.”

Tämä antaisi myös ympäristöhyötyjä, kuten uusiutuvan energian mahdollistamisen suuremmalla roolilla, koska pieniä laitoksia on paljon helpompi käyttää aurinko- ja tuulivoimalla kuin suuret.

Pankratz sanoo, että suolanpoisto on aina kalliimpaa kuin makean veden käsittely. Innovaatiot auttavat kuitenkin suolanpoistoa muuttamaan yhä toimivammaksi vaihtoehdoksi, kun makean veden kysyntä kasvaa yhä janoisessa maailmassa.

Tämä artikkeli on alun perin ilmestynyt Ensia

Author

Brian Bienkowski toimii Environmental Health News -lehden ja sen sisaryhteisö The Daily Climate -lehden toimittajana. Hänellä on maisterin tutkinto ympäristöjournalismissa ja kandidaatin tutkinto markkinoinnissa Michiganin osavaltion yliopistossa. Hän asuu miniatyyrimäyränsä Louien kanssa Lansingissa, Michiganissa.

Aiheeseen liittyvä kirja

at

Kiitos käynnistä InnerSelf.com, missä niitä on 20,000+ elämää muuttavat artikkelit, joissa mainostetaan "Uusia asenteita ja uusia mahdollisuuksia". Kaikki artikkelit on käännetty kielelle Yli 30 kieltä. Tilaa viikoittain ilmestyvälle InnerSelf Magazinelle ja Marie T Russellin Daily Inspirationille. InnerSelf-lehti on julkaistu vuodesta 1985.