Odsalanie morskiej wody nadzieją na przyszłość?
Powierzchnię Ziemi w 70% pokrywają morza i oceany, a mimo to ekolodzy biją na alarm w sprawie kryzysu wodnego. Ów paradoks wytłumaczyć można inną statystyką – aż 97% światowych zasobów H20 to woda słona, niezdatna do spożycia. Co jednak, gdyby się tej soli pozbyć? Odsalanie wody już dziś wydaje się być technologią, która może uratować przyszłe pokolenia.
Na czym polega proces odsalania wody morskiej? Odwrócona osmoza
Słona woda to tak naprawdę woda, w której rozpuszczone są spore ilości minerałów, nie tylko chloru i sodu. Odsalanie jest procesem, który zmierza do wyłączenia ich z wody, w celu otrzymanie wody „słodkiej”, którą można wykorzystać do konsumpcji, przemyśle lub w rolnictwie.
Najefektywniejszą metodą odsalania stosowaną na dużą i małą skalę jest odwrócona osmoza. To metoda, która wykorzystuje półprzepuszczalne membrany, przed które tłoczona jest morska woda pod ciśnieniem. Im większe stężenie soli mineralnych, tym większego potrzeba ciśnienia. W wyniku odwróconej osmozy za membraną gromadzi się woda oczyszczona z minerałów, czyli „słodka”. Przed membraną tymczasem pozostaje zaś gęsta solanka.
To jednak tylko część procesu, który ma miejsce w zakładach odsalania. W pierwszej kolejności pobrana z morza woda jest oczyszczana przez system filtrów, które pozwalają odseparować olej, wodorosty i inne większe zanieczyszczenia. Po przeprowadzonej osmozie, uzyskana w jej trakcie słodka woda jest natomiast poddawana procesowi chlorowania i fluorowania według standardów przyjętych w danym kraju dla wody pitnej. Na koniec przekazywana jest do sieci wodociągowej, podczas gdy solanka jest rozrzedzana i zwracana do morza.
System do procesu odwróconej osmozy na małą skalę, fot. NomadSoul1/envato
Inne metody odsalania wody morskiej
Odsalanie samo w sobie nie jest technologią zupełnie nową – od dekad korzystają z niej już statki podczas długich rejsów oceanicznych. W rzeczywistości istnieje wiele metod na pozbywanie się minerałów ze słonej wody, choć żadna póki co nie dorównuje efektywnością ekonomiczną odwróconej osmozie.
Odsalać morską wodę można więc poprzez:
- Termalną destylację polegającą na podgrzewaniu wody do temperatury wrzenia i skraplaniu jej w postaci wody słodkiej. W tym celu wykorzystuje się dwa procesy: destylację MSF (z ang. Multi-Stage Flash Distillation) oraz MED (z ang. Multi-Effect Distillation). Zapewniają one wysoką wydajność oraz wysokie parametry czystości, ale są wyjątkowo energochłonne.
- Solarną destylację – woda w dużych, zadaszonych zbiornikach poddawana jest parowaniu. Minerały pozostają na dnie, a para wodna skraplana jest na dachu i odprowadzana jako słodka woda. Niestety, do realizacji potrzeba ogromnych przestrzeni, więc nie jest to rozwiązanie pozwalające na produkcję większych ilości słodkiej wody.
- Nanofiltrację – proces polega na przepuszczaniu morskiej wody przez specjalne membrany z nanorurek węglowych. Proces zajmuje mniej przestrzeni i zużywa mniej energii niż odwrócona osmoza, dając lepsze parametry czystości wody. Niestety, jak dotąd sama technologia pozostaje dość droga.
- Elektrodializę – woda przepuszczana jest przez membrany naładowane elektrycznie, które wychwytują jony soli. Metoda niestety wykorzystuje dużo energii i wymaga częstej wymiany membran – trwają pracę nad jej udoskonaleniem.
W ramach bardziej przyszłościowych metod warto wspomnieć o planach ma wykorzystanie cyjanobakterii (sinic), które są w stanie przetwarzać morską wodę produkując mineralny osad.
Tabela przedstawiająca zalety odsalania wody metodą odwróconej osmozy; opracowanie własne
Korzyści i problemy związane z odsalaniem wody morskiej
Odsalanie wody morskiej jawi się jako jeden ze sposobów na złagodzenie skutków globalnego kryzysu wodnego – światowe zasoby słodkiej wody nieustanne się bowiem kurczą. Według przedstawicieli OZN oszczędne gospodarowanie słodką wodą w połączeniu z odsalaniem może być kluczem do rozwiązania problemu niedostatku. Tym samym zmaleje uzależnienie konsumentów i rolników od corocznych opadów i zasobów wysychającej wskutek ocieplenia wody gruntowej. Technologia odsalania postrzegana jest wręcz jako sposób na mitygowanie skutków suszy w rolnictwie i naturalnych ekosystemach.
Z drugiej strony stosowane obecnie metody odsalania mają swoje słabe strony. Już sama solanka uzyskana jako produkt ubocznych w procesie odwróconej osmozy stwarza zagrożenie dla przybrzeżnych ekosystemów ze względu na stężenie minerałów oraz zanieczyszczeń. Mogą one przesiąkać do warstw wodonośnych w obszarach nadmorskich, co stwarza dodatkowe zagrożenia dla środowiska oraz stanu wód gruntowych.
Drugim problemem jest konieczność stłaczania wody w zakładach odwróconej osmozy, co wymaga dużych ilości energii. Jedynym racjonalnym remedium w tym zakresie wydaje się korzystanie z energii odnawialnej, np. farm wiatrowych lub fotowoltaiki, ale należy liczyć się z faktem, że oba źródła wymagają dużych obszarów lądu, a produkcja ich komponentów to oczywiście dodatkowe emisje gazów cieplarnianych.
Budowa australijskiego zakładu do odsalania wody morskiej w Port Stanvac, źródło: User:Vmenkov, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
Odsalanie wody morskiej na świecie
Według danych Komisji Europejskiej w 2022 r. na świecie było 21 tys. zakładów odsalających wodę morską. Codziennie produkują one 99 mln m3 słodkiej wody, ale jednocześnie 150 mln m3 solanki. W ciągu ostatnich 50 lat produkcja wody pitnej z wody morskiej wzrosła 50-krotnie, a według ONZ do 2030 r. ma zwiększyć się jeszcze dwukrotnie.
W największym stopniu z technologii odsalania korzystają kraje Bliskiego Wschodu oraz Północnej Afryki, a więc regiony, gdzie niedostatek wody jest już dotkliwie odczuwalny. Największy zakład odsalania funkcjonuje w Ras Al Khair w Arabii Saudyjskiej, gdzie dziennie produkuje się nieco ponad 1 mln m3 słodkiej wody. Poza Arabią największe zakłady na świecie znajdują się w Zjednoczonych Emiratach Arabskich oraz Izraelu. W Europie odsalanie wody morskiej wciąż znajduje się w powijakach, a łączna produkcja wynosi 3,4 mld m3 wody rocznie. Najwięcej spośród 2178 zakładów znajduje się w Hiszpanii, Grecji oraz Włoszech.
Wydaje się, że nie ma przyszłości bez odsalania morskiej wody. W jaki sposób ulży ona jednak wysychającemu światu, zależy przede wszystkim od rozwoju technologicznego i to nie tylko w zakresie samego odsalania, ale również produkcji energii do niego potrzebnej.
Odsalanie morskiej wody – pytania i odpowiedzi
Ile kosztuje odsalanie wody morskiej?
Koszty zależą od skali, technologii oraz poziomu zasolenia wody. W Arabii Saudyjskiej dzięki subsydiom i wykorzystaniu odnawialnej energii cena za 1m3 wynosi 0,5 dol; w Europie zaś nawet 2,5 dol.
Czy odsalanie wody jest energochłonne?
Tak, do odsalania wody potrzeba cztery razy więcej energii niż do pozyskania tej samej ilości z wód gruntowych i nawet 40 razy więcej energii niż do pozyskania wody ze zbiorników akumulacyjnych.
Czy można odsalać wodę morską na własne potrzeby?
Tak, filtry do odsalania wykorzystujące proces odwrócone osmozy dostępne są również do domowego użytku.
- „Desalination” European Commission, https://blue-economy-observatory.ec.europa.eu/eu-blue-economy-sectors/desalination_en, 24/10/2024;
- „Seawater desalination: a method for combating scarcity?” Iberdrola, https://www.iberdrola.com/innovation/desalination, 24/10/2024;
- „How desalination works” Sydney Desalination Plant, https://sydneydesal.com.au/education/how-desalination-works/, 24/10/2024;
- “Desalination basics” Office of Energy Efficiency and Renewable Energy, https://www.energy.gov/eere/iedo/desalination-basics, 24/10/2024;
- “Seawater desalination technology” IDE, https://ide-tech.com/en/water-solutions/sea-water-desalination/, 24/10/2024;
- “Seawater desalination by reverse osmosis: Current development and future challenges in membrane fabrication – A review” Yu Jie Lim i in., https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0376738821002416, 24/10/2024;
- “Upending a decades-long theory of reverse osmosis water desalination” Yale Engineering, https://seas.yale.edu/news-events/news/upending-decades-long-theory-reverse-osmosis-water-desalination, 24/10/2024;
