Energia a životné prostredie

Pomôže premena morskej vody na pitnú vodu pri nedostatku vody?

Pomôže premena morskej vody na pitnú vodu pri nedostatku vody?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Verte tomu alebo nie, ale v mnohých častiach sveta narastá problém so získavaním čistej a pitnej sladkej vody. Vďaka kombinácii ľudských aktivít a zmeny podnebia mnohí predpovedajú, že čoskoro nás čaká vážna globálna vodná kríza.

Z tohto dôvodu vedci hľadajú riešenia na umelé vytváranie sladkej vody. Nazývané odsoľovanie, môže byť riešením, ktoré hľadáme, premena slanej vody, napríklad morskej, na sladkú?

Čo je kríza so sladkou vodou?

Naša „Modrá planéta“ má príznačný názov. S hrubo 70% jeho povrchu pokrytého vodou by sa zdalo nevysvetliteľné, že by sa voda mohla považovať za vzácny zdroj v mnohých častiach sveta, ktoré nie sú ani púštnymi oblasťami.

Problém je v tom, že väčšinu tejto vody tvorí morská voda, ktorá nie je práve pitná, pretože je doslova nasýtená soľou. Zo zemskej vody iba okolo 3% je čerstvé a bezpečné na pitie.

Ale, iba dookola 1% dostupná sladká voda je v skutočnosti ľahko dostupná pre ľudské použitie. Prevažná väčšina zvyšku je uzavretá v ľadovcoch, ľadových čiapočkách, večnej zmrzline alebo zakopaná hlboko v zemi.

To znamená, že iba dookola 0.007% vody na Zemi je skutočne k dispozícii na použitie pre našu stále rastúcu globálnu populáciu. Ďalším problémom je, že táto ľahko dostupná sladká voda nie je rovnomerne rozložená po celom svete.

SÚVISIACE S DANOU TÉMOU: ČERSTVODNÁ KRÍZA A ODSADŇOVANIE RASTLÍN

Pretože pitná voda je pre život na Zemi nevyhnutná, nie je to ideálne pre miesta, kde existuje „nedostatok vody“. Ale vodu tiež používame na výrobu potravín, oblečenia, stavanie počítačov a automobilov a na sanitáciu, aby sme vymenovali aspoň pár vecí.

Je životne dôležitá pre všetky aspekty ľudského života.

National Geographic vysvetľuje, prečo „vzhľadom na geografické podnebie, podnebie, inžinierstvo, reguláciu a konkurenciu o zdroje sa niektoré regióny javia ako relatívne zaplavené sladkou vodou, zatiaľ čo iné čelia suchu a oslabujúcemu znečisteniu. Vo väčšine rozvojových krajín je čistá voda buď ťažko zohnateľný alebo komodita, ktorá si vyžaduje prácnu prácu alebo značnú menu. ““

Ďalším problémom je, že množstvo sladkej vody na planéte zostalo po celé miliardy rokov relatívne nemenné.

V skutočnosti je možné, že ste niekedy v živote požili molekuly vody, ktoré opili aj dinosaury, Julius Caesar alebo iná historická osobnosť. Celkom pozoruhodná myšlienka.

Zdá sa, že zvyšujúce sa globálne teploty za posledných niekoľko desaťročí zvyšujú pravdepodobnosť extrémnych poveternostných javov vrátane sucha v citlivých oblastiach sveta. Pre postihnuté oblasti je nedostatok vody veľmi vážnym problémom.

S populáciou každý rok a nadmerným využívaním už tak ubúdajúcich dodávok vody pre veci ako poľnohospodárstvo alebo spotrebný tovar na jedno použitie čelia niektoré časti sveta veľmi skutočnej „sladkovodnej kríze“.

Ľudstvo však nie je nič iné ako dômyselné. Môžeme pomocou našej technológie obmedziť dopad tejto krízy? Možno aj „vytvoriť“ sladkú vodu?

Poďme zistiť.

Je bezpečné piť slanú vodu z mora?

Krátka odpoveď je samozrejme nie. Pitie slanej vody, podobne ako morskej vody, môže byť pre človeka (a mnoho ďalších organizmov) smrteľné.

Morská voda, ako sme si istí, viac ako viete, obsahuje veľa solí. Pri jeho pití prijímate jednak vodu (čo je dobré), jednak tieto soli.

Aj keď môžete celkom šťastne skonzumovať malé množstvo soli, obsah morskej vody je podstatne vyšší, ako dokáže vaše telo efektívne spracovať.

Bunky vášho tela závisia od chloridu sodného (kuchynská soľ), predovšetkým od jeho obsahu, aby udržali chemickú rovnováhu a reakcie tela. Ale príliš veľa z toho môže byť smrteľných.

Je to preto, že vaše obličky, konkrétne nefróny, môžu vytvárať iba moč, ktorý je menej soľným roztokom ako morská voda. To znamená, že ak by ste mali piť výlučne morskú vodu, na zriedenie a vylúhovanie soli by bolo potrebné viac vody ako na vodu, ktorú ste dostali pri jej pití.

Inými slovami, dosiahli by ste čistú stratu vody. Z tohto dôvodu by ste nakoniec zomreli na dehydratáciu (a časom ste čoraz viac smädní), ak by vaším jediným zdrojom vody bola morská voda.

Z tohto dôvodu by ste nikdy nemali piť značné množstvo morskej vody.

Aké sú metódy na odsoľovanie vody?

S takým malým percentom z celkovej dostupnej vody na Zemi, ako je sladká voda, by vás mohlo zaujímať, či existuje spôsob, ako dokážeme využiť obrovskú rezervoár ďalších vodných zdrojov na Zemi, napríklad mora. Ako sa ukázalo, môžeme, aj keď s veľkým úsilím a nákladmi.

V súčasnosti existujú najmenej tri hlavné spôsoby odsoľovania:

  • Tepelné odsoľovanie (destilácia).
  • Elektrické odsoľovanie.
  • Odsoľovanie tlakom (reverzná osmóza).

Tepelné odsoľovanie, aka destilácia, je zďaleka najstaršia z troch a skutočne sa používa už tisíce rokov. Slaná voda sa varí, potom sa para ochladí a kondenzuje ako sladká voda, pričom vo vyhrievanej nádobe zostanú kryštály soli.

Táto metóda si však vyžaduje značné investície do energie. Modernejšie metódy podľa Stanfordskej univerzity „využívajú rôzne techniky, ako sú nízkotlakové nádoby, na zníženie teploty varu vody a tým na zníženie množstva energie potrebnej na odsoľovanie“.

Táto forma odsoľovania je široko používaná na miestach, ako je Blízky východ, kde ľahko dostupné zdroje uhľovodíkov pomáhajú znižovať náklady na palivo. Tepelné odsoľovanie má tendenciu pozostávať z troch hlavných, rozsiahlych tepelných procesov.

Sú to:

  • Viacstupňová flash destilácia (MSF).
  • Viacúčelová destilácia (MED).
  • Parná kompresná destilácia (VCD).

Existuje aj iná tepelná metóda; slnečná destilácia, obvykle sa používa pre veľmi malú rýchlosť výroby. Bežne sa tiež používa na výrobu soli na jedenie, a to umiestňovaním morskej vody do plytkých bazénov a čakaním na prirodzený odpar sladkej vody - zanechávajúc po sebe morskú soľ.

Ďalším spôsobom, ako odstrániť soľ z morskej vody, je použitie membrány na oddelenie solí. To sa dá dosiahnuť buď elektrickým prúdom, alebo tlakom.

Tieto metódy sa opäť používajú hlavne na miestach s bohatými zdrojmi energie, ako sú napríklad Spojené štáty.

Elektrické odsoľovanie, jeden príklad odsoľovania na báze membrány, využíva elektrický prúd na oddelenie molekúl soli a vody. Pri tejto metóde vedie elektrický prúd ióny cez selektívne priepustnú membránu, ktorá so sebou nesie soľ.

Selektívne priepustná membrána je taká, ktorá umožňuje určitým molekulám prechádzať cez ňu s vylúčením ostatných. Syntetické alebo polymérne membrány boli vyvinuté pre rôzne výskumné a priemyselné procesy.

Existujú dve hlavné metódy odsoľovania elektrickej membrány:

  • Elektrodialýza (ED).
  • Elektrodialyzačný reverz (EDR).

Obidva tieto spôsoby odsoľovania vyžadujú dosiahnutie rôzneho množstva energie v závislosti od obsahu solí vo vodnom zdroji. Aj keď je vhodný na použitie s nižšími koncentráciami solí, je príliš energeticky náročný na použitie v morskej vode.

Reverzná osmóza je iná forma odsoľovania, ktorá využíva tlak na poháňanie vody cez selektívne priepustnú membránu. Tento proces, rovnako ako ostatné, oddeľuje soľ z roztoku.

Zdanlivo podobné elektricky poháňanému odsoľovaniu závisí množstvo energie potrebnej na reverznú osmózu vo veľkom meradle od počiatočného obsahu solí vo vode. Potrebná energia pre morskú vodu znamená, že vo väčšine situácií nie je ekonomicky životaschopná.

Ako najbežnejšia forma odsoľovania by mohlo byť vhodné preskúmať tento proces podrobnejšie.

Čo je to reverzná osmóza a funguje reverzná osmóza?

Ako už bolo spomenuté, reverzná osmóza je proces odsoľovania, pri ktorom sa pomocou tlaku doslova pretláčajú molekuly vody cez membránu. Na rozdiel od bežnej filtrácie (kde sú určité nečistoty vylúčené podľa veľkosti), reverzná osmóza zahŕňa difúziu rozpúšťadla cez membránu, ktorá prepúšťa iba vodu.

Pravidelná osmóza spočíva v prirodzenom pohybe rozpúšťadla z oblasti s nízkou koncentráciou rozpustenej látky (vysoký vodný potenciál) do vysokej koncentrácie rozpustenej látky (nízky vodný potenciál), kým sa nedosiahne rovnováha. Pri reverznej osmóze, ako už názov napovedá, sa voda extrahuje z vysokej koncentrácie rozpustenej látky v napájacej vode (napríklad morskej) tlakom, ktorý zvráti prirodzený tok rozpúšťadla počas osmózy.

Okrem tlaku je jednou z hlavných zložiek procesu reverznej osmózy použitie selektívne priepustnej membrány.

Táto membrána umožňuje, aby cez ňu prešli určité častice, predovšetkým voda, a zanechala po sebe rozpustené látky (ako soľ) a ďalšie kontaminanty. Pri reverznej osmóze sa na tento účel používa tenkovrstvá kompozitná membrána (TFC alebo TFM).

Tieto membrány sa vyrábajú predovšetkým pre systémy na čistenie a odsoľovanie vody. Majú tiež určité vlastnosti, vďaka ktorým sú užitočné pri použití v určitých batériách a palivových článkoch.

Tieto membrány sú obvykle vyrobené z dvoch alebo viacerých vrstiev materiálov. Polopriepustné anizotropné membrány vyvinuté profesorom Sidneym Loebom a Srinivasa Sourirajanom sú zvyčajne vyrobené z polyamidov.

Tento materiál má niektoré veľmi užitočné vlastnosti vrátane svojej afinity k vode a relatívnej nepriepustnosti pre určité rozpustené nečistoty, ako sú ióny solí a iné malé molekuly.

V typických systémoch reverznej osmózy prúdi napájaná voda pod vysokým tlakom cez sústredný špirálovitý vzor membrán, ktoré striedavo oddeľujú vodu a kontaminanty pred tým, ako vodu zhromaždia do vodnej trubice s produktom v strede. Pre maximálnu účinnosť je niekoľko membránových jednotiek zapojených do série.

Mohlo by premena morskej vody na pitnú pomôcť pri nedostatku vody?

Skrátka áno. Ale prichádza to so značnými nákladmi.

S klesajúcou dostupnosťou vysokokvalitnej sladkej vody sa čoraz viac spoločenstiev obracia na odsoľovanie, aby vyrobili pitnú vodu z brakickej a slanej vody. Existujúce riešenia sú určené na extrakciu vody a zanechanie čo najväčšieho množstva soli.

Súčasné technológie majú výhody aj nevýhody v závislosti od obmedzení a požiadaviek konkrétneho miesta. Aj keď sú niektoré metódy sľubné, je potrebný ďalší technologický vývoj, aby bola životaschopná pre rozsiahlu výrobu sladkej vody.

Univerzita Texas A & M vysvetľuje, že „malé odsoľovanie brakickej vody pomocou solárnych destilačných prístrojov je sľubnou metódou na odľahlých miestach, kde nie je k dispozícii kvalitná voda na pitie a varenie. Pre rozsiahlejšiu implementáciu je potrebné odsoľovacie procesy technologicky vylepšiť a zvýšiť energiu efektívnosť. ““

Hlavnou prekážkou sú náklady na procesy - konkrétne energetické požiadavky potrebné na výrobu čerstvej vody vo veľkých množstvách. Z tohto dôvodu sa existujúce riešenia používajú hlavne v regiónoch, ktoré nemajú iné prostriedky na dovoz sladkej vody, na civilných a vojenských lodiach a v určitých kozmických lodiach.

Existuje však zaujímavý vývoj v znižovaní nákladov na postup. Pred niekoľkými rokmi napríklad vyvinuli vedci z Texaskej univerzity v Austine inovatívnu alternatívu k konvenčným metódam.

Ďalšie sľubné riešenie sa nazýva kapacitná deionizácia a deionizácia batériových elektród. Tieto riešenia však v súčasnosti zďaleka nie sú komerčne realizovateľné.

Nejde však iba o vonkajšie finančné náklady. Existujúce odsoľovacie zariadenia tiež škodia životnému prostrediu.

Väčšina z nich priamo klepá na morskú vodu ako na svoju zdrojovú vodu, ktorá môže pri zmene vodnej hladiny v okolí rastliny zabíjať alebo poškodzovať ryby a iné malé oceánske tvory. Tento proces má tiež tendenciu produkovať vysoko soľný odpad, ktorý je potrebné zneškodniť.

Z tohto dôvodu väčšina odsoľovacích zariadení používa skôr brakickú ako morskú vodu. Veľké odsoľovacie závody sú tiež drahé na výstavbu, obvykle stojí niekde v regióne stovky miliónov kúsok.

To znamená, že veľa spoločností investuje veľké prostriedky do tejto technológie, pričom niektoré miesta, napríklad Izrael, už vyrábajú dostatok vody na zásobovanie polovice krajiny.

Pre regióny s nedostatkom vody však tieto druhy rastlín ponúkajú určitý druh poistenia pre vodnú bezpečnosť. Napríklad Kalifornia už stavia sériu závodov.

Mnoho odborníkov sa domnieva, že jediný spôsob, ako zabezpečiť realizáciu rozsiahleho odsoľovania, je zabudovanie obnoviteľných zdrojov energie na ich napájanie. Iba vďaka zníženiu relatívnych prevádzkových nákladov sa stanú ekonomicky životaschopnými.

S rastúcimi globálnymi teplotami a zvyšujúcou sa pravdepodobnosťou sucha v mnohých častiach sveta bude pravdepodobne čoraz viac prevládať odsoľovanie. Ak dokážeme prekonať energetické a environmentálne náklady procesu, potom sa odsoľovanie môže stať dôležitou súčasťou riešenia problému nedostatku vody.


Pozri si video: turbine Schauberger (August 2022).