potabilă

Venus a fost odată asemănător Pământului, dar schimbările climatice au făcut-o nelocuibilă

De ce Italia a suferit atât de rău în timpul pandemiei?

COVID-19: 3 întrebări importante despre vaccinuri, la care a răspuns un expert

Schimbările climatice vor schimba probabil multe aspecte ale vieții pe Pământ, inclusiv făcând din accesul la apă curată o mare problemă. De la secetă la creșterea nivelului mării, schimbările climatice amenință să ne lase pe toți sete.

Pentru locuitorii afectați de secetă din județul San Diego, California, se poate observa în curând ajutor: se află în curs de construcție o nouă uzină de desalinizare a apei de mare - o instalație care elimină sarea din apa de mare - care va produce 50 de milioane de litri de apă potabilă la fiecare zi. Conform MIT Technology Review, este cea mai mare astfel de plante din emisfera vestică.

Fabrica, care se construiește în orașul Carlsbad, este cel mai nou efort de a răspunde nevoilor presante de apă din regiune. California tocmai a intrat în cel de-al patrulea an de secetă, iar 40% din stat este listat ca suferind de „secetă excepțională”, cea mai severă clasificare de pe Monitorul SUA de Secetă.

Seceta se așteaptă să devină o provocare și mai acerbă în viitor, deoarece schimbările climatice cresc temperaturile mai ridicate - nu doar în California, ci și în întreaga lume. Schimbările climatice au potențialul de a afecta grav resursele de apă ale unor regiuni, iar seceta este doar o modalitate care se poate întâmpla.

Creșterea nivelului mării amenință, de asemenea, aprovizionarea cu apă de coastă, care își extrage adesea apa dulce din acviferele subterane. Pe măsură ce oceanul se târăște mai departe spre interior, poate invada aceste acvifere și poate contamina apele subterane.

Cu aceste amenințări la adresa surselor de apă dulce, găsirea unor modalități noi și mai bune de a produce apă potabilă este o preocupare din ce în ce mai mare. Oceanul este cea mai mare sursă de apă de pe planetă, dar de băut din cauza conținutului său ridicat de sare. Din fericire, oamenii de știință au venit cu o mână de modalități de a scoate sarea din apă și de a o face sigură pentru băut și lucrează la dezvoltarea mai multor.

Din păcate, desalinizarea prin orice metodă este costisitoare și, deocamdată, nu este practică pentru fiecare comunitate cu apă slabă. Fabrica Carlsbad, de exemplu, costă 1 miliard de dolari pentru construcție, potrivit MIT Technology Review. Dar oamenii de știință lucrează la îmbunătățirea tehnicilor existente pentru a le face mai eficiente și mai puțin costisitoare.

Iată câteva dintre tehnicile de desalinizare cu care au venit până acum:

Distilare

Apa distilatoare este cea mai veche și mai obișnuită metodă utilizată pentru îndepărtarea sării. În termeni simpli, distilarea implică evaporarea apei și apoi condensarea înapoi într-un lichid. Sarea va rămâne în urmă atunci când apa fierbe în aer, iar apa curată poate fi apoi colectată într-un recipient separat.

Puteți efectua de fapt o versiune simplistă a acestui proces în propria dvs. casă construind un „solar solar”. Întindeți o foaie de plastic transparent peste vasul sau gaura care conține apa contaminată.

Soarele va străluci prin plastic, încălzind apa de dedesubt și provocând vaporizarea lentă, lăsând în urmă sare și alți contaminanți. Apa evaporată se va condensa pe partea inferioară a foii de plastic, unde o puteți colecta într-un recipient separat.

Arată cam așa:

Domeniu public/Wikimedia Commons

Instalațiile de distilare efectuează acest proces științific de bază pe o scară mult mai mare, dar funcționează cu energie electrică pentru a accelera procesul.

În plus, distilatoarele electrice de uz casnic există și pot fi achiziționate oriunde de la mai puțin de 100 USD până la mii de dolari, în funcție de dimensiunea și eficiența dispozitivului. Cu toate acestea, cele mai multe dintre acestea pot produce doar câțiva litri de apă curată la un moment dat și, în general, procesul de distilare necesită multă energie.

Osmoza inversa

Aceasta este una dintre cele mai frecvente metode utilizate astăzi în instalațiile de desalinizare și este metoda care va fi utilizată la uzina Carlsbad din județul San Diego.

Tehnica folosește pompe de înaltă presiune pentru a forța apa contaminată pe o membrană specială, care elimină lucrurile rele și lasă apa pură să treacă.

Recent, oamenii de știință au cercetat un nou tip de membrană care va face mai ușoară împingerea apei. Metoda experimentală folosește grafen, iar cercetătorii de la MIT au reușit să creeze doar o membrană de grafen super-subțire un atom gros, despre care se spune că va face osmoza inversă mai ușoară, mai puțin consumatoare de energie și mai ieftină.

În timp ce osmoza inversă este susținută ca o alternativă mai ieftină, cu energie mai mică, la distilarea pe scară largă, proiectul de construcție de 1 miliard de dolari al Carlsbad ne amintește că astfel de plante pot să nu fie încă practice pentru fiecare comunitate cu apă slabă.

Iar operațiunile anuale și costurile de gestionare pot fi paralizante, precum și foarte variabile, în funcție de dimensiunea instalației și de sistemele utilizate pentru a prelua apa și a o distribui clienților. De exemplu, un raport al Institutului Pacific a constatat că fabrica de desalinizare Kwinana din Perth, Australia funcționează la aproximativ 17 milioane de dolari pe an, iar fabrica de desalinizare Gold Coast din Tugun, Australia necesită 30 de milioane de dolari pe an.

Osmoza directă

Ilustrație din Anatomie și fiziologie, site-ul web Connexions./Wikimedia Commons

Această metodă se bazează pe procesul natural de osmoză, care este tendința apei de a curge din zonele cu o concentrație mare de solut (cum ar fi sarea) în zonele cu o concentrație mai mică.

Să presupunem că aveți două recipiente, separate printr-o membrană care permite trecerea apei (dar închide alte substanțe, cum ar fi sarea).

Umpleți o parte cu apă pură și cealaltă parte cu apă sărată. Apa pură va începe să curgă peste membrană în partea de apă sărată, în efortul de a restabili echilibrul.

Osmoza directă se bazează pe un sistem similar și nu necesită pompe de înaltă presiune care utilizează osmoza inversă. Separa două recipiente cu membrană - pe o parte este apa contaminată, iar pe cealaltă este apă cu o concentrație foarte mare de un fel de solut, de obicei sare. Apa din partea contaminată va începe să curgă peste membrană, diluând soluția de sare pe cealaltă parte.

Dar există câteva închideri. Chiar dacă apa pură care curge prin membrană diluează apa sărată concentrată, aceasta nu elimină sarea. Deci, osmoza directă este o modalitate bună de a scăpa de o gamă largă de contaminanți care ar putea fi în apă, deoarece membrana îi va elimina - dar totuși ajungeți cu apă sărată pe cealaltă parte, ceea ce înseamnă că trebuie să treceți printr-un supliment pas de desalinizare la final pentru a purifica complet apa.

În comparație cu osmoza inversă, este o tehnologie nouă. Compania de tehnologie a apei Modern Water a deschis primul plan comercial de osmoză directă în Al Khaluf, Oman, în 2010 și au deschis o a doua uzină în Al Najdah în 2012.

Avocații spun că procesul este mai bun în eliminarea contaminanților (în afară de sare) decât osmoza inversă. Unii au salutat procesul, deoarece se pare că folosește mai puțină energie. Modern Water a raportat că fabrica sa de la Al Khaluf a arătat o reducere cu 47% a consumului de energie comparativ cu osmoza inversă. Dar nu este clar dacă tehnologia, în ansamblu, este într-adevăr mai eficientă. Un studiu realizat de MIT a constatat că osmoza directă este de fapt mai puțin eficientă din punct de vedere energetic decât osmoza inversă.

Electrodializă

Electrodializa este cam opusul osmozei. În loc să deplaseze apa peste o membrană, electrodializa deplasează particulele din apă prin membrană, trăgându-le cu o sarcină electrică. Sarea, de exemplu, este compusă din ioni încărcați care se vor despărți și se vor deplasa atunci când li se aplică o sarcină electrică.

Deși acest lucru funcționează bine pe sare, nu prea ajută la eliminarea altor contaminanți care ar putea fi găsiți în apa de mare, cum ar fi murdăria sau organismele microscopice. Dar, din moment ce electrodializa tinde să funcționeze mai repede și poate desaliniza cantități mai mari de apă decât alte metode, cercetătorii lucrează la modalități de îmbunătățire a procesului la eliminarea altor contaminanți.

S-ar putea să apară noi dezvoltări, dar electrodializa, ca tehnologie de purificare a apei, există de zeci de ani. De fapt, există plante de electrodializă în întreaga lume, potrivit Desalination: Trends and Technologies, o carte din 2011 editată de Michael Schorr, despre desalinizare. Acestea includ SUA, Canada, Iran și părți din Europa.

O privire înainte

Desalinizarea poate fi costisitoare și consumă multă energie, indiferent de tehnologia la care te uiți. Dar pe măsură ce deficitul de apă crește în întreaga lume, poate deveni o opțiune necesară pentru mai multe comunități.

Unele țări investesc deja puternic în tehnologie. Pacific Institute raportează că Australia a investit în șase noi uzine de desalinizare între 2006 și 2012. Dar Institutul avertizează că tehnologia are un drum lung de parcurs înainte de a putea fi o soluție cu adevărat viabilă pentru viitor.

Între costuri ridicate, consum ridicat de energie și chiar posibilitatea distrugerii mediului - stațiile de tratare a apei de mare pot primi și ucide accidental animale marine mici - sunt necesare cercetări continue pentru a face tehnologia mai sigură și mai eficientă. Cu timpul, poate ar putea deveni una dintre cele mai importante opțiuni pentru evitarea unui viitor uscat și însetat.

Acest articol este publicat în colaborare cu Business Insider UK. Publicarea nu implică aprobarea punctelor de vedere de către Forumul Economic Mondial.

Autor: Chelsea Harvey este reporter științific pentru Business Insider.

Imagine: Oamenii colectează apă într-o tabără. REUTERS/Camille Lepage.