Ενέργεια & Περιβάλλον

Η μετατροπή του θαλασσινού νερού σε πόσιμο νερό θα βοηθήσει τις ελλείψεις νερού;

Η μετατροπή του θαλασσινού νερού σε πόσιμο νερό θα βοηθήσει τις ελλείψεις νερού;


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.

Το πιστεύετε ή όχι, αλλά υπάρχει ένα αυξανόμενο πρόβλημα με το καθαρό, πόσιμο γλυκό νερό σε πολλά μέρη του κόσμου. Μέσω ενός συνδυασμού ανθρώπινων δραστηριοτήτων και κλιματικής αλλαγής, πολλοί προβλέπουν ότι σύντομα θα υπάρξει μια σοβαρή παγκόσμια κρίση νερού.

Για το λόγο αυτό, οι ερευνητές αναζητούν λύσεις για τη δημιουργία τεχνητού γλυκού νερού. Ονομάζεται αφαλάτωση, θα μπορούσε να μετατρέψει το αλμυρό νερό, όπως το θαλασσινό νερό, σε γλυκό νερό;

Ποια είναι η κρίση γλυκού νερού;

Το "Blue Planet" ονομάζεται κατάλληλα. Με περίπου 70% της επιφάνειάς του που καλύπτεται από νερό, φαίνεται ανεξήγητο ότι το νερό θα μπορούσε να θεωρηθεί σπάνιος πόρος σε πολλά μέρη του κόσμου που δεν είναι καν έρημοι.

Το πρόβλημα είναι ότι το μεγαλύτερο μέρος αυτού του νερού είναι θαλασσινό νερό, το οποίο δεν είναι ακριβώς πόσιμο, καθώς είναι κυριολεκτικά κορεσμένο με αλάτι. Από το νερό της Γης, μόνο γύρω 3% είναι φρέσκο ​​και ασφαλές για κατανάλωση.

Όμως, μόνο γύρω 1% του διαθέσιμου γλυκού νερού είναι πραγματικά εύκολα προσβάσιμο για ανθρώπινη χρήση. Η συντριπτική πλειονότητα των υπολοίπων είναι κλειδωμένη σε παγετώνες, παγοκρύσταλλα, μόνιμο παγετό ή θαμμένη βαθιά στο έδαφος.

Αυτό σημαίνει ότι μόνο γύρω 0.007% του νερού στη Γη είναι πραγματικά διαθέσιμο για χρήση από τον ολοένα αυξανόμενο παγκόσμιο πληθυσμό μας. Ένα άλλο πρόβλημα είναι ότι αυτό το εύκολα προσβάσιμο γλυκό νερό δεν κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο τον κόσμο.

ΣΧΕΤΙΖΕΤΑΙ ΜΕ: ΤΑ ΚΡΙΣΗ ΦΡΟΥΚΑΤΙΟΥ ΚΑΙ ΤΑ ΣΧΕΔΙΑ ΑΦΑΙΡΕΣΗΣ

Καθώς το πόσιμο νερό είναι απαραίτητο για τη ζωή στη Γη, αυτό δεν είναι ιδανικό για μέρη που υπάρχουν στην «λειψυδρία». Αλλά χρησιμοποιούμε επίσης νερό για να παράγουμε τρόφιμα, ρούχα, να κατασκευάζουμε πράγματα όπως υπολογιστές και αυτοκίνητα, και για αποχέτευση, για να αναφέρουμε μόνο μερικά πράγματα.

Είναι ζωτικής σημασίας για όλες τις πτυχές της ανθρώπινης ζωής.

Το National Geographic εξηγεί γιατί, "λόγω της γεωγραφίας, του κλίματος, της μηχανικής, της ρύθμισης και του ανταγωνισμού για πόρους, ορισμένες περιοχές φαίνονται σχετικά γεμάτες με γλυκό νερό, ενώ άλλες αντιμετωπίζουν ξηρασία και εξουθενωτική ρύπανση. Σε μεγάλο μέρος του αναπτυσσόμενου κόσμου, το καθαρό νερό είναι είτε δύσκολο να έρθει ή ένα εμπόρευμα που απαιτεί επίπονη εργασία ή σημαντικό νόμισμα για την απόκτηση. "

Ένα άλλο πρόβλημα είναι ότι η ποσότητα γλυκού νερού στον πλανήτη παρέμεινε σχετικά σταθερή για δισεκατομμύρια χρόνια.

Στην πραγματικότητα, είναι πιθανό να έχετε καταπιεί, σε κάποιο σημείο της ζωής σας, μόρια νερού που επίσης πίνουν οι δεινόσαυροι, ο Ιούλιος Καίσαρας ή άλλη ιστορική προσωπικότητα. Αρκετά αξιοσημείωτη σκέψη.

Οι αυξανόμενες παγκόσμιες θερμοκρασίες τις τελευταίες δεκαετίες φαίνεται επίσης να αυξάνουν την πιθανότητα ακραίων καιρικών φαινομένων, συμπεριλαμβανομένων των ξηρασιών σε ευαίσθητες περιοχές του κόσμου. Για τις πληγείσες περιοχές, η έλλειψη νερού είναι ένα πολύ σοβαρό πρόβλημα.

Με τον πληθυσμό να αυξάνεται κάθε χρόνο και την υπερβολική χρήση ήδη μειωμένων αποθεμάτων νερού για πράγματα όπως η γεωργία ή τα καταναλωτικά αγαθά μιας χρήσης, ορισμένα μέρη του κόσμου αντιμετωπίζουν μια πολύ πραγματική «κρίση γλυκού νερού».

Αλλά η ανθρωπότητα δεν είναι παρά έξυπνο. Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε την τεχνολογία μας για να περιορίσουμε τον αντίκτυπο αυτής της κρίσης; Ίσως ακόμη και να "δημιουργήσετε" γλυκό νερό;

Ας ανακαλύψουμε.

Είναι ασφαλές να πίνετε αλμυρό νερό από τη θάλασσα;

Η σύντομη απάντηση είναι, φυσικά, όχι. Η κατανάλωση αλατούχου νερού, όπως το θαλασσινό νερό, μπορεί να είναι θανατηφόρα για τους ανθρώπους (και πολλούς άλλους οργανισμούς).

Το θαλασσινό νερό, όπως είμαστε βέβαιοι ότι περισσότερο από ό, τι γνωρίζετε, περιέχει πολλά άλατα. Όταν το πίνετε, παίρνετε και το νερό (το οποίο είναι καλό) αλλά και αυτά τα άλατα.

Παρόλο που μπορείτε να καταναλώσετε ευτυχώς μια μικρή ποσότητα αλατιού, η περιεκτικότητα σε θαλασσινό νερό είναι πολύ υψηλότερη από την αποτελεσματική επεξεργασία του σώματός σας.

Τα κύτταρα του σώματός σας εξαρτώνται από το χλωριούχο νάτριο (επιτραπέζιο αλάτι), κυρίως την περιεκτικότητα σε νάτριο, για τη διατήρηση των χημικών ισορροπιών και αντιδράσεων του σώματος. Αλλά πάρα πολύ μπορεί να είναι θανατηφόρο.

Αυτό συμβαίνει επειδή τα νεφρά σας, ειδικά τα νεφρόνια, μπορούν να παράγουν ούρα που είναι λιγότερο αλατούχα από το θαλασσινό νερό. Αυτό σημαίνει ότι εάν πίνατε αποκλειστικά θαλασσινό νερό, θα χρειαζόταν περισσότερο νερό για να αραιώσετε το αλάτι και να το κατουρήσετε από το νερό που λάβατε από το πόσιμο.

Με άλλα λόγια, θα έχετε καθαρή απώλεια νερού. Για αυτόν τον λόγο, θα πέθατε τελικά από την αφυδάτωση (και θα γίνονταν όλο και πιο δίψα με την πάροδο του χρόνου) εάν η μόνη πηγή νερού σας ήταν θαλασσινό νερό.

Για αυτόν τον λόγο, δεν πρέπει ποτέ να πίνετε σημαντικές ποσότητες θαλασσινού νερού.

Ποιες μέθοδοι υπάρχουν για την αφαλάτωση του νερού;

Με ένα τόσο μικρό ποσοστό του συνολικού διαθέσιμου νερού της Γης ως γλυκού νερού, ίσως αναρωτιέστε αν υπάρχει τρόπος να αξιοποιήσουμε την τεράστια δεξαμενή άλλων πηγών νερού στη Γη, όπως η θάλασσα. Όπως αποδεικνύεται μπορούμε, αν και με μεγάλη προσπάθεια και έξοδα.

Προς το παρόν, υπάρχουν τουλάχιστον τρεις βασικές μέθοδοι αφαλάτωσης:

  • Θερμική αφαλάτωση (απόσταξη).
  • Ηλεκτρική αφαλάτωση.
  • Αφαλάτωση πίεσης (αντίστροφη όσμωση).

Θερμική αφαλάτωση, γνωστή και ως απόσταξη, είναι μακράν το παλαιότερο από τα τρία και στην πραγματικότητα χρησιμοποιείται εδώ και χιλιάδες χρόνια. Το αλμυρό νερό βράζεται, ο ατμός ψύχεται και συμπυκνώνεται ως γλυκό νερό, αφήνοντας τους κρυστάλλους αλατιού πίσω στο θερμαινόμενο δοχείο.

Ωστόσο, αυτή η μέθοδος απαιτεί σημαντική επένδυση στην ενέργεια για να επιτευχθεί. Πιο σύγχρονες μέθοδοι, σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ, "χρησιμοποιούν διάφορες τεχνικές όπως δοχεία χαμηλής πίεσης για να μειώσουν τη θερμοκρασία βρασμού του νερού και έτσι να μειώσουν την ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την αφαλάτωση."

Αυτή η μορφή αφαλάτωσης χρησιμοποιείται ευρέως σε μέρη όπως η Μέση Ανατολή, όπου οι άφθονοι πόροι υδρογονανθράκων συμβάλλουν στη μείωση του κόστους των καυσίμων. Η θερμική αφαλάτωση τείνει να αποτελείται από τρεις μεγάλες, μεγάλης κλίμακας θερμικές διεργασίες.

Αυτά είναι:

  • Πολυβάθμια απόσταξη φλας (MSF).
  • Απόσταξη πολλαπλών αποτελεσμάτων (MED).
  • Απόσταξη συμπίεσης ατμών (VCD).

Υπάρχει επίσης μια άλλη θερμική μέθοδος. ηλιακή απόσταξη, χρησιμοποιείται συνήθως για πολύ μικρούς ρυθμούς παραγωγής. Χρησιμοποιείται επίσης συνήθως για την παραγωγή αλατιού για φαγητό, τοποθετώντας το θαλασσινό νερό σε ρηχές πισίνες και περιμένοντας το γλυκό νερό να εξατμιστεί φυσικά - αφήνοντας πίσω το θαλασσινό αλάτι.

Ένας άλλος τρόπος για να αφαιρέσετε το αλάτι από το θαλασσινό νερό είναι να χρησιμοποιήσετε μια μεμβράνη για να διαχωρίσετε τα άλατα. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί χρησιμοποιώντας είτε ηλεκτρικό ρεύμα είτε πίεση.

Και πάλι, αυτές οι μέθοδοι χρησιμοποιούνται κυρίως σε μέρη με άφθονες πηγές ενέργειας, όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες.

Ηλεκτρική αφαλάτωση, ένα παράδειγμα αφαλάτωσης με βάση τη μεμβράνη, χρησιμοποιεί ηλεκτρικό ρεύμα για να διαχωρίσει τα μόρια αλατιού και νερού. Με αυτήν τη μέθοδο, ένα ηλεκτρικό ρεύμα οδηγεί τα ιόντα σε μια επιλεκτικά διαπερατή μεμβράνη που μεταφέρει το αλάτι μαζί της.

Μια επιλεκτικά διαπερατή μεμβράνη είναι αυτή που επιτρέπει σε ορισμένα μόρια να περάσουν από αυτήν αποκλείοντας άλλα. Συνθετικές ή πολυμερείς μεμβράνες έχουν δημιουργηθεί για διάφορες ερευνητικές και βιομηχανικές διαδικασίες.

Υπάρχουν δύο μεγάλες μέθοδοι αφαλάτωσης ηλεκτρικής μεμβράνης:

  • Ηλεκτροδιάλυση (ED).
  • Ηλεκτροδιάλυση αναστροφή (EDR).

Και οι δύο αυτές μέθοδοι αφαλάτωσης απαιτούν διαφορετικές ποσότητες ενέργειας για να επιτευχθούν, ανάλογα με την περιεκτικότητα σε αλάτι της πηγής νερού. Ενώ είναι κατάλληλο για χρήση με χαμηλότερες συγκεντρώσεις αλατιού, είναι υπερβολικά ενεργειακή για χρήση σε θαλασσινό νερό.

Αντίστροφη ώσμωση είναι μια άλλη μορφή αφαλάτωσης που χρησιμοποιεί πίεση για να οδηγήσει το νερό μέσω μιας επιλεκτικά διαπερατής μεμβράνης. Αυτή η διαδικασία, όπως και οι άλλες, διαχωρίζει το αλάτι από το διάλυμα.

Φαινομενικά παρόμοια με την ηλεκτροκίνητη αφαλάτωση, η ποσότητα ενέργειας που απαιτείται για την αντίστροφη όσμωση σε μεγάλη κλίμακα εξαρτάται από την αρχική περιεκτικότητα σε άλας του νερού. Για το θαλασσινό νερό, η απαιτούμενη ενέργεια σημαίνει ότι δεν είναι οικονομικά βιώσιμη στις περισσότερες περιπτώσεις.

Ως η πιο κοινή μορφή αφαλάτωσης, ίσως αξίζει να εξερευνήσετε αυτήν τη διαδικασία με περισσότερες λεπτομέρειες.

Τι είναι η αντίστροφη όσμωση και λειτουργεί η αντίστροφη όσμωση;

Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, η αντίστροφη όσμωση είναι μια διαδικασία αφαλάτωσης που χρησιμοποιεί πίεση για να ωθήσει κυριολεκτικά μόρια νερού μέσω μιας μεμβράνης. Σε αντίθεση με την κανονική διήθηση (όπου ορισμένες ακαθαρσίες εξαιρούνται από το μέγεθος), η αντίστροφη όσμωση περιλαμβάνει διάχυση διαλύτη σε μια μεμβράνη που επιτρέπει μόνο το νερό να περάσει.

Η κανονική όσμωση περιλαμβάνει τη φυσική μετακίνηση ενός διαλύτη από μια περιοχή χαμηλής συγκέντρωσης διαλυμένης ουσίας (υψηλό δυναμικό νερού) σε υψηλή συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας (χαμηλό δυναμικό νερού) έως ότου επιτευχθεί ισορροπία. Στην αντίστροφη όσμωση, όπως υποδηλώνει το όνομα, το νερό εξάγεται από υψηλή συγκέντρωση διαλυμένης ύλης σε νερό τροφοδοσίας (όπως θαλασσινό νερό) με πίεση για να αντιστραφεί η φυσική ροή του διαλύτη κατά την όσμωση.

Εκτός από την πίεση, ένα από τα κύρια συστατικά της διαδικασίας αντίστροφης όσμωσης είναι η χρήση μιας επιλεκτικά διαπερατής μεμβράνης.

Αυτή η μεμβράνη επιτρέπει σε ορισμένα σωματίδια να περάσουν από αυτήν, κυρίως νερό, αφήνοντας πίσω διαλυτές ουσίες (όπως το αλάτι) και άλλους ρύπους. Στην αντίστροφη όσμωση, χρησιμοποιείται μόνο μια μεμβράνη λεπτής μεμβράνης (TFC ή TFM) για αυτόν ακριβώς τον σκοπό.

Αυτές οι μεμβράνες κατασκευάζονται κυρίως για συστήματα καθαρισμού και αφαλάτωσης νερού. Έχουν επίσης ορισμένες ιδιότητες που τις καθιστούν χρήσιμες για χρήση σε ορισμένες μπαταρίες και κυψέλες καυσίμου.

Αυτές οι μεμβράνες είναι γενικά κατασκευασμένες από δύο ή περισσότερα στρώματα υλικών. Αναπτύχθηκε από τον καθηγητή Sidney Loeb και τη Srinivasa Sourirajan, οι ημι-διαπερατές ανισότροπες μεμβράνες κατασκευάζονται συνήθως από πολυαμίδια.

Αυτό το υλικό έχει μερικές πολύ χρήσιμες ιδιότητες, συμπεριλαμβανομένης της συγγένειας του με το νερό και της σχετικής του στεγανότητας σε ορισμένες διαλυμένες ακαθαρσίες όπως ιόντα άλατος και άλλα μικρά μόρια.

Σε τυπικά συστήματα αντίστροφης όσμωσης, το νερό τροφοδοσίας, υπό υψηλή πίεση, ρέει μέσω ενός ομόκεντρου σπειροειδούς σχήματος μεμβρανών που διαχωρίζουν εναλλάξ νερό και ρύπους προτού συλλέξουν το νερό σε σωλήνα νερού προϊόντος στο κέντρο. Για μέγιστη απόδοση, πολλές σειρές μεμβρανών συνδέονται σε σειρά.

Μπορεί η μετατροπή του θαλασσινού νερού σε πόσιμο νερό να βοηθήσει στην έλλειψη νερού;

Εν ολίγοις, ναι. Αλλά έρχεται με σημαντικό κόστος.

Με τη μειωμένη διαθεσιμότητα γλυκού νερού υψηλής ποιότητας, όλο και περισσότερες κοινότητες στρέφονται σε αφαλάτωση για την παραγωγή πόσιμου νερού από υφάλμυρο νερό και αλμυρό νερό. Οι υπάρχουσες λύσεις έχουν σχεδιαστεί για να εξαγάγουν το νερό και να αφήσουν όσο το δυνατόν περισσότερη περιεκτικότητα σε αλάτι.

Οι τρέχουσες τεχνολογίες έχουν τόσο πλεονεκτήματα όσο και μειονεκτήματα ανάλογα με τους περιορισμούς και τις απαιτήσεις για συγκεκριμένους ιστότοπους. Ενώ ορισμένες μέθοδοι είναι πολλά υποσχόμενες, απαιτείται περισσότερη τεχνολογική ανάπτυξη για να καταστεί βιώσιμη για παραγωγή μεγάλης κλίμακας γλυκού νερού.

Το Texas A & M University εξηγεί ότι "η αφαλάτωση μικρής κλίμακας υφάλμυρου νερού χρησιμοποιώντας ηλιακά αποθέματα είναι μια πολλά υποσχόμενη μέθοδος σε απομακρυσμένες τοποθεσίες όπου το νερό καλής ποιότητας για πόσιμο και μαγείρεμα δεν είναι διαθέσιμο. Για ευρύτερη εφαρμογή, οι διαδικασίες αφαλάτωσης χρειάζονται τεχνολογικές βελτιώσεις και αυξημένη ενέργεια αποδοτικότητα."

Το κύριο εμπόδιο είναι το κόστος των διεργασιών - συγκεκριμένα οι ενεργειακές απαιτήσεις που απαιτούνται για την παραγωγή γλυκού νερού σε μεγάλες ποσότητες. Για το λόγο αυτό, οι υπάρχουσες λύσεις χρησιμοποιούνται κυρίως σε περιοχές που δεν διαθέτουν άλλα μέσα εισαγωγής γλυκού νερού, σε πολιτικά και στρατιωτικά πλοία, και σε ορισμένα διαστημόπλοια.

Ωστόσο, υπάρχουν μερικές ενδιαφέρουσες εξελίξεις στη μείωση του κόστους της διαδικασίας. Πριν από λίγα χρόνια, για παράδειγμα, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Τέξας, στο Ώστιν, ανέπτυξαν μια καινοτόμο εναλλακτική λύση έναντι των συμβατικών μεθόδων.

Μια άλλη πολλά υποσχόμενη λύση ονομάζεται χωρητική απιονίωση και απιονισμός ηλεκτροδίων μπαταρίας. Ωστόσο, αυτές οι λύσεις απέχουν πολύ από το να είναι εμπορικά βιώσιμες προς το παρόν.

Αλλά δεν είναι απλώς ένα οικονομικό κόστος. Οι υπάρχουσες εγκαταστάσεις αφαλάτωσης είναι επίσης επιβλαβείς για το περιβάλλον.

Πιο άμεσα βρύση θαλασσινού νερού ως νερό πηγής τους, το οποίο μπορεί να σκοτώσει, ή να βλάψει, τα ψάρια και άλλα μικρά ωκεάνια πλάσματα, καθώς η στάθμη του νερού γύρω από το φυτό αλλάζει. Η διαδικασία τείνει επίσης να παράγει πολύ αλατούχα απόβλητα που πρέπει να απορριφθούν.

Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα περισσότερα εργοστάσια αφαλάτωσης χρησιμοποιούν υφάλμυρα αντί για θαλασσινό νερό. Οι μεγάλες εγκαταστάσεις αφαλάτωσης είναι επίσης δαπανηρές στην κατασκευή, συνήθως κοστίζουν κάπου στην περιοχή εκατοντάδες εκατομμύρια ένα κομμάτι.

Τούτου λεχθέντος, πολλές εταιρείες επενδύουν σε μεγάλο βαθμό στην τεχνολογία, με ορισμένα μέρη, όπως το Ισραήλ, να παράγουν ήδη αρκετό νερό για να τροφοδοτήσουν τη μισή χώρα.

Ωστόσο, για τις περιοχές με έλλειψη νερού, αυτά τα είδη εγκαταστάσεων προσφέρουν έναν τύπο ασφαλιστηρίου συμβολαίου για την ασφάλεια των υδάτων. Η Καλιφόρνια, για παράδειγμα, κατασκευάζει ήδη μια σειρά φυτών.

Πολλοί ειδικοί πιστεύουν ότι ο μόνος τρόπος για να καταστεί δυνατή η εκτεταμένη αφαλάτωση είναι να ενσωματωθούν οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας για να τις τροφοδοτήσουν. Μόνο μέσω της μείωσης του σχετικού κόστους λειτουργίας, θα καταστούν οικονομικά βιώσιμα.

Με τις αυξανόμενες παγκόσμιες θερμοκρασίες και την αυξανόμενη πιθανότητα ξηρασίας σε πολλά μέρη του κόσμου, η αφαλάτωση πιθανότατα θα γίνει πιο διαδεδομένη. Εάν μπορούμε να ξεπεράσουμε το ενεργειακό κόστος και το περιβαλλοντικό κόστος της διαδικασίας, τότε η αφαλάτωση μπορεί πιθανώς να γίνει σημαντικό μέρος της λύσης για την επίλυση της λειψυδρίας.


Δες το βίντεο: @SBCTV ΣΥΣΚΕΥΗ ΠΟΥ ΜΕΤΑΤΡΕΠΕΙ ΤΟ ΘΑΛΑΣΣΙΝΟ ΝΕΡΟ ΣΕ ΠΟΣΙΜΟ (Σεπτέμβριος 2022).