Γιατί δεν μπορούμε να βράζουμε αλμυρό νερό για να έχουμε φρέσκο ​​νερό;

Ο κύριος λόγος που δεν μπορούμε να βράσουμε αλμυρό νερό για να αποκτήσουμε γλυκό νερό είναι επειδή δεν είναι οικονομικά ή περιβαλλοντικά εφικτό. Η αφαλάτωση του θαλασσινού νερού είναι μια πολύ ενεργοβόρα διαδικασία και παράγει επίσης πολλά λύματα που μπορούν να βλάψουν την τοπική υδρόβια ζωή.

Η απόκτηση φρέσκου νερού για ανθρώπινη κατανάλωση ήταν μια σημαντική δυσκολία όλα αυτά τα χρόνια. Αυτό οφείλεται κυρίως στο αυξανόμενο επίπεδο ζήτησης για γλυκό νερό λόγω της αύξησης του ανθρώπινου πληθυσμού. Παρόλο που το γλυκό νερό αντιπροσωπεύει μόνο το 3% του νερού που υπάρχει στη Γη, είναι δύσκολο να αγνοήσουμε μια άλλη άφθονη πηγή νερού στον πλανήτη μας, όταν τα μάτια μας στρέφονται στους πανίσχυρους ωκεανούς. Έχουμε τόσο πολύ νερό, σε τόσο τεράστια ποσότητα, αν μπορούσαμε να το μετατρέψουμε όλο σε γλυκό νερό. Λοιπόν, δεν είναι και τόσο απλό, ιδιαίτερα όταν συζητάμε τη διαδικασία ή τις συνέπειες της επίτευξης αυτού του άθλου. Ας εξετάσουμε πρώτα τις μεθόδους που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μετατροπή του αλμυρού νερού σε γλυκό νερό.

(Φωτογραφία:Pixabay)

Θερμική απόσταξη

Η πιο διάσημη και πανάρχαια διαδικασία διαχωρισμού του αλατιού ή οποιασδήποτε άλλης ακαθαρσίας είναι η διέλευση θερμότητας μέσα από το νερό. Αν και υπάρχουν πολλές μορφές απόσταξης, θα εξετάσουμε μόνο την ιδανική διαδικασία θερμικής απόσταξης. Ας δώσουμε τον τόνο για την κατανόηση αυτής της διαδικασίας ορίζοντας πρώτα το σημείο βρασμού. Το σημείο βρασμού ενός υγρού μπορεί να περιγραφεί ως η θερμοκρασία στην οποία η τάση ατμών του υγρού είναι ίση με την περιβάλλουσα ατμόσφαιρα. Τώρα, για να περιορίσουμε μια μονάδα αφαλάτωσης στην πιο στοιχειώδη λειτουργία της, βλέπουμε τη διαδικασία απόσταξης να διδάσκεται στα μαθήματα χημείας του γυμνασίου. Όταν παρατηρείτε το πείραμα της απόσταξης, αρχίζει με το βρασμό του νερού, που έχει ως αποτέλεσμα την αλλαγή του νερού στην κατάσταση ατμού του. Ο ατμός μεταφέρεται από το ένα ποτήρι σε ένα άλλο με τη βοήθεια ενός σωλήνα. Κατά τη διάρκεια του ταξιδιού του στο άλλο δοχείο, το νερό συμπυκνώνεται και κατακρημνίζεται. Το μοναδικό με την απόσταξη είναι ότι μόνο το νερό μετατρέπεται σε ατμό, αφήνοντας πίσω τυχόν ακαθαρσίες που μπορεί να έχει, βοηθώντας μας έτσι να αντλήσουμε γλυκό νερό.

(Φωτογραφία:Quantockgoblin/Wikimedia Commons)

Αν και αυτό είναι σε μικρή κλίμακα, μπορεί να αποδειχθεί μια έξυπνη μέθοδος που μπορεί να κλιμακωθεί σε ένα επίπεδο ικανό να βοηθήσει τον κόσμο. Το πρόβλημα είναι ότι η αφαλάτωση του νερού σε βιομηχανική κλίμακα απαιτεί πολλή ενέργεια. Ένα άλλο σημαντικό πρόβλημα που αντιμετωπίζουμε είναι ότι το αλάτι διαλύεται πολύ εύκολα στο νερό, σχηματίζοντας ισχυρούς χημικούς δεσμούς και αυτοί οι δεσμοί είναι δύσκολο να σπάσουν. Η ενέργεια και η τεχνολογία για την αφαλάτωση του νερού είναι και οι δύο ακριβές, πράγμα που σημαίνει ότι η αφαλάτωση του νερού σε μεγάλη κλίμακα μπορεί να είναι αρκετά δαπανηρή.

Αντίστροφη όσμωση

Η αντίστροφη όσμωση - ή RO, όπως αναφέρεται ευρέως - είναι μια από τις πιο διάσημες τεχνικές καθαρισμού του νερού που διατίθενται στην αγορά σήμερα. Περιλαμβάνει τη χρήση μιας μερικώς διαπερατής μεμβράνης για τον καθαρισμό του νερού. Ημιδιαπερατή μεμβράνη είναι μια μεμβράνη που επιτρέπει σε ορισμένα άτομα ή μόρια να περάσουν, αλλά όχι σε άλλα. Ένα απλό παράδειγμα είναι μια πόρτα με σήτα, η οποία επιτρέπει στα μόρια του αέρα να περάσουν, αλλά εμποδίζει τα παράσιτα ή οτιδήποτε πιο σημαντικό να περάσουν μέσα από τις τρύπες στην πόρτα της οθόνης. Οι πόροι είναι αρκετά μεγάλοι για να αφήσουν τους υδρατμούς να περάσουν, αλλά αρκετά μικροί για να εμποδίσουν τη διέλευση υγρού νερού. Για να κατανοήσουμε τη διαδικασία της αντίστροφης όσμωσης, ας δημιουργήσουμε πρώτα μια κατανόηση του τι είναι η όσμωση.

Η όσμωση είναι ένα φυσικό φαινόμενο στο οποίο το διάλυμα με χαμηλότερη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας (αλάτι) τείνει να μεταναστεύσει στο διάλυμα με υψηλότερη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας. Μπορούμε να το καταλάβουμε αυτό πιο διαισθητικά με τη βοήθεια του παραπάνω διαγράμματος. Τώρα, στο παραπάνω διάγραμμα, υπάρχουν δύο διακριτές λύσεις—μία με χαμηλή περιεκτικότητα σε αλατόνερο (γλυκό νερό) και η άλλη με υψηλότερη περιεκτικότητα σε αλατόνερο—και οι δύο χωρίζονται από μια διαπερατή μεμβράνη. Θα παρατηρήσετε ότι το νερό με τη χαμηλότερη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας θα μετακινηθεί ή θα τείνει να μεταναστεύσει προς το νερό με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας.

Η αντίστροφη όσμωση μπορεί τώρα να γίνει κατανοητή ως το αντίστροφο αυτής της διαδικασίας, όπου η όσμωση συμβαίνει φυσικά χωρίς την άσκηση οποιασδήποτε εξωτερικής δύναμης ή ενέργειας. Αντίστροφη όσμωση, η οποία συμβαίνει όταν αυτή η κίνηση του νερού έρχεται σε αντίθεση με τη βαθμίδα συγκέντρωσης - χαμηλή προς υψηλή - και επιτυγχάνεται μέσω της εφαρμογής μιας εξωτερικής δύναμης ή ενέργειας. Στην αντίστροφη όσμωση, η ημιπερατή μεμβράνη επιτρέπει μόνο τη διέλευση του νερού και δεν επιτρέπει την κίνηση του άλατος (ή άλλων πραγμάτων).

Μειονεκτήματα

Ακόμα κι αν προσπαθήσουμε να φέρουμε μια οικονομική άποψη σε αυτό και να εφαρμόσουμε έναν αριθμό δολαρίων, το έργο είναι αρκετά τρομακτικό, καθώς οι τιμές για την ενέργεια ποικίλλουν από μέρος σε μέρος. Ορισμένοι παράγοντες που επηρεάζουν το ποσό του δολαρίου συνδέονται με την εργασία, το κόστος ενέργειας, τις τιμές γης, οικονομικές συμφωνίες και ακόμη και κάτι τόσο πρωτόγονο όσο το επίπεδο αλατιού του νερού που σκοπεύουμε να αφαλατώσουμε. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, μπορεί να κοστίσει από 1 έως 2 δολάρια για κάθε κυβικό μέτρο. Το ένα κυβικό μέτρο θαλασσινού νερού μπορεί να απεικονιστεί είτε ως 264 γαλόνια είτε ως 999 λίτρα. Τώρα, αν και αυτό μπορεί αρχικά να ακούγεται φθηνό, αν προσπαθήσουμε να το συγκρίνουμε με την πηγή ενός ποταμού ή ενός υδροφόρου ορίζοντα, τότε το κόστος ενός κυβικού μέτρου νερού πέφτει σε περίπου 10-20 σεντς. Το γλυκό νερό που λαμβάνεται είναι πολύ φθηνότερο σε φυσική βάση, αντί να έχει πρόσβαση σε αυτό μέσω διαδικασιών αφαλάτωσης.

Δολάρια και ωκεανοί από ψάρια

Υπάρχουν περιβαλλοντικά ζητήματα που συνδέονται και με την αφαλάτωση του νερού. Η θαλάσσια ζωή μπορεί να απορροφηθεί σε εγκαταστάσεις αφαλάτωσης, σκοτώνοντας μικρά πλάσματα του ωκεανού, συμπεριλαμβανομένων νεαρών ψαριών και πλαγκτόν, αναστατώνοντας έτσι την τροφική αλυσίδα. Επίσης, υπάρχει το πρόβλημα του τι να κάνετε με το διαχωρισμένο αλάτι, το οποίο περισσεύει ως πολύ συμπυκνωμένη άλμη. Η άντληση αυτού του εξαιρετικά αλμυρού νερού πίσω στον ωκεανό μπορεί να βλάψει την τοπική υδρόβια ζωή. Η μείωση αυτών των επιπτώσεων είναι δυνατή, αλλά προσθέτει στο συνολικό κόστος. Και πάλι, όσον αφορά το RO, ειδικότερα, οι οικιακές μηχανές RO δεν είναι τόσο αποδοτικές όσο οι βιομηχανικής κλίμακας και η ποσότητα του απορριπτόμενου νερού που παράγουν είναι σημαντικά υψηλότερη. Το νερό απόρριψης που προέρχεται από οικιακές μηχανές RO δεν μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί για οικιακές ανέσεις. Όσον αφορά την αναλογία, για να παράγουν τα περισσότερα οικιακά μηχανήματα RO 19 L γλυκού νερού, πρέπει να απορριφθούν κοντά στα 76-135 L νερού. Όπως μπορούμε να δούμε, η αφαλάτωση του θαλασσινού νερού ως η κύρια πηγή γλυκού νερού δεν είναι εφικτή μέθοδος, ούτε οικονομικά ούτε περιβαλλοντικά.