Energija i okoliš

Hoće li pretvaranje morske vode u vodu za piće pomoći nestašici vode?

Hoće li pretvaranje morske vode u vodu za piće pomoći nestašici vode?



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.

Vjerovali ili ne, ali sve je veći problem s dobivanjem čiste, pitke slatke vode u mnogim dijelovima svijeta. Kroz kombinaciju ljudskih aktivnosti i klimatskih promjena, mnogi predviđaju da će nas uskoro dočekati ozbiljna globalna kriza vode.

Iz tog razloga istraživači traže rješenja za umjetno stvaranje slatkovodnih voda. Nazvano desalinizacijom, može li pretvaranje slane vode, poput morske, u svježu biti rješenje koje smo tražili?

Šta je kriza slatke vode?

Naš "Plavi planet" je prikladno nazvan. Sa otprilike 70% njegove površine prekrivene vodom, činilo bi se neobjašnjivim da se voda može smatrati oskudnim resursom u mnogim dijelovima svijeta koji čak nisu ni pustinjska područja.

Problem je što je većina ove vode morska voda, koja nije baš za piće, jer je doslovno zasićena solju. Od Zemljine vode, samo okolo 3% od toga je svježe i sigurno za piće.

Ali, samo okolo 1% dostupne slatke vode zapravo je lako dostupna za ljudsku upotrebu. Velika većina ostatka zatvorena je u ledenjake, ledene kape, vječni mraz ili zakopana duboko u zemlji.

To znači da samo okolo 0.007% vode na Zemlji zapravo je dostupna za upotrebu našoj sve većoj globalnoj populaciji. Drugi problem je što se ova lako dostupna slatka voda ne raspoređuje ravnomjerno po cijelom svijetu.

POVEZANO: BILJKE S KRVNOM VODOM I BILJKE ZA ODREĐIVANJE SREDINA

Kako je pitka voda neophodna za život na Zemlji, ovo nije idealno za mjesta koja postoje u "nestašici vode". Ali vodu koristimo i za proizvodnju hrane, odjeće, izgradnju stvari poput računara i automobila, kao i za sanitarije, da nabrojimo samo nekoliko stvari.

Od vitalne je važnosti za sve aspekte ljudskog života.

National Geographic objašnjava zašto, "zbog geografije, klime, inženjeringa, regulacije i konkurencije za resurse, čini se da su neke regije relativno isprane slatkom vodom, dok se druge suočavaju sa sušom i iscrpljujućim zagađenjem. U većini zemalja u razvoju čista voda je ili teško dostupna ili roba za koju je potreban naporan rad ili značajna valuta. "

Drugi problem je taj što količina slatke vode na planeti ostaje relativno konstantna milijardama godina.

U stvari, moguće je da ste, u nekom trenutku svog života, unijeli molekule vode koje su također pili dinosauri, Julije Cezar ili neka druga povijesna ličnost. Prilično izvanredna misao.

Rastuće globalne temperature tokom posljednjih nekoliko decenija takođe povećavaju vjerovatnoću ekstremnih vremenskih događaja, uključujući sušu u osjetljivim dijelovima svijeta. Nedostatak vode za pogođena područja predstavlja vrlo ozbiljan problem.

Kako stanovništvo raste svake godine, a prekomjerna upotreba već smanjene zalihe vode za stvari poput poljoprivrede ili potrošne robe za jednokratnu upotrebu, neki dijelovi svijeta suočavaju se s vrlo stvarnom "slatkovodnom krizom".

Ali čovječanstvo nije ništa drugo do genijalno. Možemo li pomoću svoje tehnologije ograničiti utjecaj ove krize? Možda čak i "stvoriti" slatkovodne vode?

Saznajmo.

Da li je sigurno piti morsku vodu iz mora?

Kratki odgovor je, naravno, ne. Pijenje slane vode, poput morske, može biti smrtonosno za ljude (i mnoge druge organizme).

Morska voda, kao što smo sigurni da više nego znate, sadrži puno soli. Kada ga popijete, unosite obje vode (što je dobro), ali i ove soli.

Iako sa zadovoljstvom možete konzumirati malu količinu soli, sadržaj morske vode znatno je veći nego što vaše tijelo može učinkovito obraditi.

Stanice vašeg tijela ovise o natrijevom kloridu (kuhinjskoj soli), prvenstveno o sadržaju natrija u njemu, da bi održale tjelesnu kemijsku ravnotežu i reakcije. Ali previše toga može biti smrtonosno.

To je zato što vaši bubrezi, posebno nefroni, mogu stvarati samo urin koji je slaniji od morske vode. To znači da bi, ako biste pili isključivo morsku vodu, bilo potrebno više vode da se sol razrijedi i ispikava nego voda koju ste dobili pijenjem.

Drugim riječima, imali biste neto gubitak vode. Iz tog razloga biste na kraju umrli od dehidracije (i s vremenom postajali sve žedniji) ako bi vam jedini izvor vode bila morska voda.

Iz tog razloga nikada ne biste trebali piti značajne količine morske vode.

Koje metode postoje za desalinizaciju vode?

S tako malim procentom Zemljine ukupne dostupne vode kao slatka, možete se zapitati postoji li način na koji možemo dotaknuti ogromni rezervoar drugih izvora vode na Zemlji, poput mora. Ispostavilo se da možemo, iako uz velike napore i troškove.

Trenutno postoje najmanje tri glavne metode desalinizacije:

  • Termička desalinizacija (destilacija).
  • Električno desalinizacija.
  • Desalinizacija pod pritiskom (reverzna osmoza).

Termička desalinizacija, aka destilacija, daleko je najstarija od ove tri i zapravo se koristi tisućama godina. Slana voda se prokuha, zatim se para ohladi i kondenzira kao slatka voda, ostavljajući kristale soli iza sebe u zagrijanoj posudi.

Međutim, za postizanje ove metode potrebna su značajna ulaganja u energiju. Modernije metode, prema Univerzitetu Stanford, "koriste razne tehnike poput posuda pod niskim pritiskom za smanjenje temperature ključanja vode i na taj način smanjuju količinu energije potrebne za desalinizaciju."

Ovaj oblik desalinizacije široko se koristi na mjestima poput Bliskog istoka, gdje vrlo bogati resursi ugljikovodika pomažu u smanjenju troškova goriva. Termička desalinizacija se sastoji od tri glavna, velika termička procesa.

Ovo su:

  • Višestepena destilacija bljeskalicom (MSF).
  • Destilacija sa više efekata (MED).
  • Destilacija kompresijom pare (VCD).

Takođe postoji još jedna termička metoda; solarna destilacija, ovo se obično koristi za vrlo male stope proizvodnje. Često se koristi i za proizvodnju soli za jelo, stavljanjem morske vode u plitke bazene i čekanjem da slatka voda prirodno ispari - ostavljajući morsku sol.

Drugi način uklanjanja soli iz morske vode je upotreba membrane za odvajanje soli. To se može postići električnom strujom ili pritiskom.

Opet, ove metode se uglavnom koriste na mjestima s obilnim izvorima energije, poput Sjedinjenih Država.

Električno desalinizacija, jedan primjer desalinizacije na bazi membrane, koristi električnu struju za odvajanje molekula soli i vode. Ovom metodom električna struja pokreće jone kroz selektivno propusnu membranu koja sa sobom nosi sol.

Selektivno propusna membrana je ona koja omogućava prolazak određenih molekula kroz nju, isključujući druge. Sintetičke ili polimerne membrane stvorene su za različita istraživanja i industrijske procese.

Postoje dvije glavne metode desalinizacije električnom membranom:

  • Elektrodijaliza (ED).
  • Preokret elektrodijalize (EDR).

Za postizanje obje ove metode desalinizacije potrebne su različite količine energije, ovisno o sadržaju soli u izvoru vode. Iako je pogodan za upotrebu s nižim koncentracijama soli, previše je energetski intenzivan za upotrebu na morskoj vodi.

Obrnuta osmoza je još jedan oblik desalinizacije koji koristi pritisak za protjecanje vode kroz selektivno propusnu membranu. Ovaj postupak, poput ostalih, odvaja sol iz otopine.

Naizgled slična električnom desalinizacijom, količina energije potrebna za reverznu osmozu u velikoj mjeri ovisi o početnom sadržaju soli u vodi. Za morsku vodu potrebna energija znači da ona u većini situacija nije ekonomski isplativa.

Kao najčešći oblik desalinizacije, možda bi vrijedilo detaljnije istražiti ovaj postupak.

Šta je reverzna osmoza i radi li reverzna osmoza?

Kao što je prethodno spomenuto, reverzna osmoza je proces desalinizacije koji koristi pritisak da doslovno progura molekule vode kroz membranu. Za razliku od redovne filtracije (gdje su određene nečistoće isključene po veličini), reverzna osmoza uključuje difuziju rastvarača kroz membranu koja samo propušta vodu.

Redovna osmoza uključuje prirodno kretanje rastvarača iz područja s niskom koncentracijom rastvorene supstance (visok vodeni potencijal) u visoku koncentraciju rastvorenih supstanci (mali vodeni potencijal) sve dok se ne postigne ravnoteža. U reverznoj osmozi, kao što i samo ime govori, voda se ekstrahira iz visoke koncentracije otopljene vode u napojnoj vodi (poput morske) pritiskom da bi se obrnuo prirodni tok rastvarača tokom osmoze.

Pored pritiska, jedna od glavnih komponenti procesa reverzne osmoze je upotreba selektivno propusne membrane.

Ova membrana omogućava određenim česticama da prolaze kroz nju, prvenstveno vodu, ostavljajući za sobom otopljene materije (poput soli) i druge zagađivače. U reverznoj osmozi, upravo u tu svrhu koristi se kompozitna membrana od tankog filma (TFC ili TFM).

Ove membrane su proizvedene prvenstveno za sisteme za pročišćavanje i desalinizaciju vode. Oni takođe imaju određena svojstva zbog kojih su korisni za upotrebu u određenim baterijama i gorivim ćelijama.

Te su membrane općenito izrađene od dva ili više slojeva materijala. Polupropusne anizotropne membrane koje su razvili profesor Sidney Loeb i Srinivasa Sourirajan, obično su izrađene od poliamida.

Ovaj materijal ima neka vrlo korisna svojstva, uključujući afinitet za vodu i relativnu nepropusnost za određene otopljene nečistoće poput jona soli i drugih malih molekula.

U tipičnim sistemima reverzne osmoze, napojna voda pod visokim pritiskom teče kroz koncentrični spiralni uzorak membrana koji naizmjenično razdvajaju vodu i onečišćenja prije sakupljanja vode u vodenu cijev proizvoda u središtu. Za maksimalnu efikasnost, nekoliko membranskih jedinica povezano je u seriju.

Da li bi pretvaranje morske vode u vodu za piće moglo pomoći u nestašici vode?

Ukratko, da. Ali to dolazi uz značajan trošak.

Sa sve manjom dostupnošću visokokvalitetne slatke vode, sve više i više zajednica okreće se desalinizaciji kako bi proizvele pitku vodu iz slatke i slane vode. Postojeća rješenja dizajnirana su za izvlačenje vode i ostavljanje što veće količine soli iza sebe.

Trenutne tehnologije imaju i prednosti i nedostatke, ovisno o ograničenjima i zahtjevima specifičnim za lokaciju. Iako neke metode obećavaju, potreban je veći tehnološki razvoj kako bi se postigla održivost za veliku proizvodnju slatke vode.

Univerzitet A&M u Teksasu objašnjava da je "mala količina desalinizacije slane vode pomoću solarnih mirisa obećavajuća metoda na udaljenim lokacijama gdje nije dostupna kvalitetna voda za piće i kuhanje. Za širu primjenu, procesi desalinizacije trebaju tehnološka poboljšanja i povećanu energiju efikasnost. "

Glavna prepreka je cijena procesa - posebno energetski zahtjevi potrebni za proizvodnju svježe vode u velikim količinama. Iz tog razloga, postojeća rješenja uglavnom se koriste u regijama kojima nedostaju bilo koja druga sredstva za uvoz slatke vode, na civilnim i vojnim brodovima i u određenim svemirskim brodovima.

Međutim, postoje neki zanimljivi pomaci u smanjenju troškova postupka. Prije nekoliko godina, na primjer, istraživači sa Univerziteta u Teksasu u Austinu razvili su inovativnu alternativu konvencionalnim metodama.

Još jedno obećavajuće rješenje naziva se kapacitivna deionizacija i deionizacija elektroda akumulatora. Međutim, ova rješenja trenutno nisu komercijalno održiva.

Ali to nije samo financijski trošak. Postojeće postrojenja za desalinizaciju također su štetna za okoliš.

Morska voda izravno tapka kao njihova izvorna voda, koja može ubiti ili naštetiti ribama i drugim malim okeanskim bićima jer se mijenja nivo vode oko biljke. Proces također teži stvaranju visoko slanog otpada koji treba zbrinuti.

Iz tog razloga većina biljaka za desalinizaciju koristi slanu, a ne morsku vodu. Velike postrojenja za desalinizaciju su takođe skupa za izgradnju, što obično košta negdje u regiji stotine miliona komad.

To je rečeno, mnoge kompanije ulažu velika sredstva u tehnologiju, a neka mjesta, poput Izraela, već proizvode dovoljno vode za opskrbu pola zemlje.

Međutim, za regije u kojima nema vode, ove vrste biljaka nude vrstu polise osiguranja za sigurnost vode. Na primjer, Kalifornija već gradi niz postrojenja.

Mnogi stručnjaci vjeruju da je jedini način da se široko desalinizacija učini izvodljivim uključivanjem obnovljivih izvora energije za njihovo napajanje. Samo smanjenjem relativnih tekućih troškova oni će postati ekonomski održivi.

S porastom globalnih temperatura i sve većom vjerovatnoćom suše u mnogim dijelovima svijeta, desalinizacija će vjerojatno postati sve zastupljenija. Ako uspijemo prevladati troškove energije i okoliša, proces desalinizacije može postati važan dio rješenja u rješavanju nestašice vode.


Pogledajte video: Avantura, fantazija film - Beovulf i Grendel 2005 (Avgust 2022).