Технологии

Почему опреснять воду дорого и почему это все равно может понадобиться

Лайнуть/Поделиться

Технология опреснения существует уже несколько десятилетий. Но превращение соли в пресную воду требует много энергии и денег, поэтому ее редко используют.

В таких местах, как Сан-Диего и Дубай, где пресной воды мало, люди обращаются к машинам, которые извлекают соль из морской воды, превращая ее в чистую питьевую воду.

Этот процесс, называемый опреснением, превращает морские и солоноватоводные грунтовые воды в питьевую воду с середины 20 века. В ближайшем будущем эта технология может стать все более важной, поскольку повышение температуры и неустойчивый режим дождя при изменении климата угрожают запасам пресной воды. Города с растущим населением и засушливым климатом могут столкнуться с проблемой нехватки воды, как Кейптаун в начале 2018 года. Но опреснение также является дорогостоящим и энергоемким. Многие исследователи работают над улучшением технологии, чтобы она могла охватить большее количество людей, и решать проблему изменения климата, не внося в него никакого вклада.

Несмотря на проблемы, ожидается, что в следующие несколько десятилетий во всем мире будет развиваться опреснительная промышленность. 

«Она должна расти, потому что опресненная вода совершенно не зависит от климата и дает очень надежные объемы воды хорошего качества для использования в различных секторах», – говорит Манзур Кадир, ученый-эколог из Университета Организации Объединенных Наций.

По словам Кадира, сегодня существует более 15 000 опреснительных установок, перекачивающих около 95 миллионов кубометров опресненной воды в день. Около половины этой воды производится на Ближнем Востоке и в Северной Африке, регионах с обширной береговой линией, минимальными ресурсами пресной воды и свободным доступом к дешевой энергии ископаемого топлива.

Освежиться

Технология опреснения началась с простого кипячения воды. Первая опреснительная установка, построенная в Англии в 1945 году, нагревала воду так, что она испарялась в виде пара, оставляя соли, а затем охлаждалась и конденсировалась в виде пресной воды. Такой подход с использованием тепла и испарения преобладал в раннем опреснении и все еще распространен на старых заводах, особенно на Ближнем Востоке. Но термическое опреснение является очень энергоемким и поэтому может быть дорогостоящим в зависимости от стоимости энергоснабжения.

В 1960-х годах в мире опреснения начала распространяться новая технология, называемая обратным осмосом (Reverse osmosis/RO). RO работает, проталкивая соленую воду под очень высоким давлением через серию тонких полимерных мембран, которые пропускают молекулы воды, но улавливают более крупные соли и минералы. По словам Беатрис Майор, исследователя из Международного института прикладного системного анализа в Лаксенбурге, после того, как первая установка обратного осмоса была построена в Кувейте, технология быстро распространилась и сейчас занимает около 70 процентов мирового рынка.

Опреснительная установка обратного осмоса в Ашкелоне, Израиль. (Источник: ImagineStock / Shutterstock)

Хотя RO доминировал на протяжении десятилетий – и, по словам Мэра, он, вероятно, будет продолжать это делать в ближайшие десятилетия, – исследователи постоянно стремятся сделать этот метод более дешевым, более эффективным и менее расточительным. Опресненная вода в среднем в два-три раза дороже, чем более традиционные источники воды. Одна из самых больших затрат на опреснительную установку – это энергия, используемая для ее поддержания.

Но когда дело доходит до энергии, существует физический предел эффективности этих технологий, – говорит Джон Линхард, инженер-механик, 30 лет изучавший очистку и опреснение воды в Массачусетском технологическом институте. Он объясняет, что для разделения соли и воды всегда требуется определенное количество энергии. А благодаря улучшенным мембранам и устройствам рекуперации энергии многие установки обратного осмоса уже приближаются к этому пределу.

Это не останавливает таких исследователей, как Линхард, от попыток выяснить, как еще снизить эти затраты на энергию. Например, группа Линхарда провела много исследований о пользе опреснения партиями, а не непрерывной эксплуатации установки для экономии энергии. Некоторые исследователи ищут совершенно уникальные подходы, такие как использование жидких растворителей для разделения воды и солей с минимальными затратами энергии.

Энергия для опреснения

Другие ученые обратились к возобновляемым источникам энергии как к способу уменьшения выбросов парниковых газов опреснением и потенциально снижения затрат. Небольшие прототипы электростанций начали работать на фотоэлектрической энергии, и в настоящее время Дубай работает над проектом, который к 2030 году будет использовать солнечную энергию для всех своих опреснительных установок. Другие ученые экспериментируют с солнечной энергией и старым процессом термического опреснения, используя энергию солнца для нагрева и испарения воды. Однако ни один из этих подходов не готов к массовому внедрению.

Растущей опреснительной промышленности также придется иметь дело с растущими объемами сверхконцентрированных сточных вод. По оценкам Кадира, в результате глобальных усилий по опреснению ежедневно производится 142 миллиона кубометров рассола, что примерно на 50 процентов больше, чем объем пресной воды, производимой ежедневно.

Большая часть рассола в настоящее время сбрасывается в море, и, если не делать это ответственно, это может угрожать морской жизни, которая вступает в контакт с сверхсоленой водой и любыми химическими веществами, оставшимися в процессе опреснения. Хотя в отрасли есть способы борьбы с отходами, Кадир предупреждает, что это может стать растущей проблемой, поскольку отрасль продолжает расширяться.

По словам Кадира, даже с учетом этих возможных улучшений опреснение сегодня остается невероятно дорогим для некоторых стран. Строительство опреснительной установки может стоить миллиарды долларов и занимает несколько лет. Хотя есть исследования, направленные на то, чтобы сделать этот процесс более доступным, доступность по-прежнему является ограничивающим фактором. 

«Очень сложно достичь ценовых показателей, доступных для людей, живущих на 2 доллара в день», – говорит Линхард.

Поскольку планета сталкивается с неопределенным водным будущим, с помощью опреснения будут продолжать откачивать пресную воду для жаждущих городов. Сможет ли технология делать это при переходе на возобновляемые источники энергии и достижении тех частей мира, которые в этом больше всего нуждаются, еще предстоит увидеть.


Вас также может заинтересовать: Восемь моллюсков решают, будут ли люди в городе получать воду или нет

Редакция

Недавние публикации

Пчелы с высокой точностью обнаруживают биомаркеры рака легких

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Biosensors and Bioelectronics, говорит о том, что пчелы могут стать важным инструментом для раннего… Читать далее

06/07/2024

Прием препаратов для снижения веса(Ozempic), возможно, повышает риск развития слепоты

Исследование, проведенное в клинике Mass Eye and Ear, выявило связь между широко назначаемыми препаратами для… Читать далее

05/07/2024

Запрет на аборты коррелирует с увеличением смертности новорожденных и младенцев

Закон штата Техас, запрещающий аборты на ранних сроках беременности, ассоциируется с резким увеличением числа смертей… Читать далее

01/07/2024

От размытого изображения к 3D-модели толстого кишечника

Капсульные камеры позволяют почти незаметно и без боли исследовать все уголки кишечника, пока пациент занимается… Читать далее

27/06/2024

Выявлены области мозга, которые искажают реакцию мозга на удовольствие при биполярном расстройстве

Недавнее исследование, проведенное учеными из Университетского колледжа Лондона (UCL), проливает свет на то, как мозг… Читать далее

22/06/2024

Смотреть на экран или в камеру? Что лучше для онлайн-собеседования? Исследование

Исследование японских ученых, опубликованное в журнале Scientific Reports 31 мая, свидетельствует о том, что взгляд… Читать далее

18/06/2024