Τι είναι η αντίστροφη όσμωση;

Η αντίστροφη όσμωση είναι μια ενεργή βιομηχανική, ενεργειακά καθοδηγούμενη διαδικασία που περιλαμβάνει την εφαρμογή πίεσης σε υψηλή συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας και την πίεση του διαλύτη μέσω μιας επιλεκτικά διαπερατής μεμβράνης. η διαλυμένη ουσία παραμένει σε ολοένα και πιο υψηλή συγκέντρωση, ενώ ο διαλύτης καθαρίζεται.

Όταν γεμίζετε ένα ποτήρι νερό, αναρωτιέστε ποτέ αν είναι πραγματικά αγνό; Το πιο σημαντικό, αναρωτιέστε πώς γίνεται πόσιμο; Και ίσως ακόμα πιο σημαντικό, ανησυχείτε ποτέ ότι κάποια μέρα θα μείνουμε χωρίς νερό;

Για όσους κοιτάζουν το ποτήρι μπροστά τους με ένα ξαφνικό μυρμήγκιασμα φόβου, μην ανησυχείτε. Ζητήματα όπως η καθαρότητα και η λειψυδρία εμπίπτουν στην αρμοδιότητα της αντίστροφης όσμωσης, μιας από τις πιο σημαντικές βιομηχανικές διαδικασίες για τη συνεχή επιβίωση της ανθρωπότητας.

Ορισμός αντίστροφης όσμωσης

Με απλά λόγια, η αντίστροφη όσμωση είναι μια ενεργή βιομηχανική, ενεργειακά καθοδηγούμενη διαδικασία που περιλαμβάνει την εφαρμογή πίεσης σε υψηλή συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας και την ώθηση του διαλύτη μέσω μιας επιλεκτικά διαπερατής μεμβράνης. η διαλυμένη ουσία παραμένει σε ολοένα και πιο υψηλή συγκέντρωση, ενώ ο διαλύτης καθαρίζεται.

Προτού εξετάσουμε γιατί η αντίστροφη όσμωση μπορεί κάλλιστα να σώσει το είδος μας, θα πρέπει να ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στη σχέση της ανθρωπότητας με το νερό.

Άνθρωποι και νερό

Με περισσότερους από 7 δισεκατομμύρια ανθρώπους στον πλανήτη, σκεφτείτε τις απίστευτες ποσότητες νερού που χρησιμοποιούνται καθημερινά… Συνιστάται στους ανθρώπους να καταναλώνουν 2 λίτρα νερό την ημέρα ως ελάχιστη ανάγκη για την υγεία, πράγμα που σημαίνει ότι περίπου 14 δισεκατομμύρια λίτρα πίνονται κάθε ημέρα, κατά μέσο όρο. Αυτό είναι μόνο ποτό! Στη συνέχεια, φυσικά, πρέπει να προσθέσετε το βούρτσισμα των δοντιών μας, το ντους, το πλύσιμο των πιάτων, το πλύσιμο των ρούχων, το πλύσιμο του πλυντηρίου πιάτων, την παροχή κατοικίδιων και το πότισμα του χλοοτάπητα, για να μην αναφέρουμε τις απίστευτες ποσότητες νερού που απαιτούνται για τις βιομηχανικές διαδικασίες και την ποσότητα νερού που σπαταλιέται κατά λάθος κάθε μέρα!

Σε ορισμένα μέρη του κόσμου, όπως οι Ηνωμένες Πολιτείες, οι άνθρωποι δεν είναι υπερβολικά προσεκτικοί με τη χρήση του νερού και μπορεί να χρησιμοποιούν έως και 150 γαλόνια νερού κάθε μέρα! Η μέση χρήση νερού ποικίλλει ευρέως σε ολόκληρο τον κόσμο, αλλά η ουσία παραμένει…. χρησιμοποιούμε ΤΕΡΑΣΤΙΑ ποσότητα νερού ως είδος.

Μπορεί να μην φαίνεται έτσι, αλλά το νερό είναι ένας πεπερασμένος πόρος στη Γη. Κοιτάζοντας την απεραντοσύνη του ωκεανού, αυτό μπορεί να μην φαίνεται αλήθεια, αλλά να θυμάστε ότι οι ωκεανοί είναι γεμάτοι με αλμυρό νερό. Ενώ σχεδόν το 75% της επιφάνειας της Γης καλύπτεται με νερό, μόνο το 5% αυτού είναι γλυκό νερό. Το αλμυρό νερό γεμίζει τους ωκεανούς, το οποίο δεν μπορεί να πιει ο άνθρωπος, ούτε είναι καλό για την καλλιέργεια φυτών ή άλλες βασικές χρήσεις γλυκού νερού. Έτσι, η αλόγιστη χρήση του γλυκού νερού και η αποτυχία να αναπληρωθούν σωστά τα αποθέματα γλυκού νερού, σημαίνει ότι η παροχή νερού είναι ένα αυξανόμενο πρόβλημα.

Μην σπαταλάτε νερό καθώς η παροχή γλυκού νερού είναι περιορισμένη. (Φωτογραφία:GraphicsRF/Shutterstock)

Τώρα, μπορείτε να είστε σίγουροι ότι ποτέ δεν θα μείνουμε χωρίς νερό, αλλά θα γίνεται όλο και πιο ακριβό. Οι προσπάθειες αφαλάτωσης (αφαίρεση του αλατιού από το αλμυρό νερό) απαιτούν εκτεταμένες υποδομές και είναι πολύ δαπανηρές, αλλά και απαραίτητες. Χωρίς την πρόοδο στα συστήματα καθαρισμού του νερού, τις διαδικασίες αφαλάτωσης και την ευρεία επαναχρησιμοποίηση του νερού, η ανθρωπότητα θα βρισκόταν στη μέση μιας ακόμη μεγαλύτερης κρίσης από ό,τι ήδη αντιμετωπίζει. Υπάρχουν περισσότερες από 13.000 μονάδες αφαλάτωσης σε όλο τον κόσμο και ορισμένες περιοχές του κόσμου χρησιμοποιούν ήδη έως και 20% αφαλατωμένο θαλασσινό νερό για τις ανάγκες τους σε γλυκό νερό.

Μία από τις βασικές διαδικασίες στις προσπάθειες αφαλάτωσης, καθώς και στις προσπάθειες επεξεργασίας απορριμμάτων και ανακύκλωσης νερού, είναι η αντίστροφη όσμωση!

Πώς λειτουργεί η αντίστροφη όσμωση;

Πιθανότατα είστε εξοικειωμένοι με την όσμωση από τα μαθήματα του γυμνασίου σας, η οποία είναι η κίνηση οποιουδήποτε διαλύτη από μια περιοχή υψηλής συγκέντρωσης διαλυμένης ουσίας σε χαμηλή συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας, εξισώνοντας έτσι τις συγκεντρώσεις διαλυμένης ουσίας και στις δύο πλευρές μιας επιλεκτικά διαπερατής μεμβράνης. Αυτή η διαδικασία είναι κρίσιμη για την ύπαρξή μας, καθώς είναι αυτό που χρησιμοποιούν τα κύτταρα του σώματός μας για να μετακινήσουν το νερό σε κάθε όργανο και ιστό, διευκολύνοντας τις μεταβολικές λειτουργίες και την ίδια τη ζωή! Αυτή είναι μια παθητική διαδικασία που δεν απαιτεί την εισαγωγή ενέργειας, καθώς τα μόρια στο νερό θέλουν να βρουν ισορροπία για να εξομαλύνουν την ωσμωτική πίεση.

Η αντίστροφη όσμωση, όπως υποδηλώνει το όνομα, είναι βασικά το αντίθετο αυτής της διαδικασίας. Αντί να εξισωθούν οι συγκεντρώσεις της διαλυμένης ουσίας για την ανακούφιση της οσμωτικής πίεσης, η αντίστροφη όσμωση περιλαμβάνει την εφαρμογή πίεσης σε μια εξαιρετικά συμπυκνωμένη συγκέντρωση διαλυμένης ουσίας και την ώθηση του διαλύτη μέσω μιας ημιπερατής μεμβράνης, αυξάνοντας έτσι τη συγκέντρωση της διαλυμένης ουσίας στην πρώτη πλευρά. Αυτό θα αφήσει έναν καθαρό διαλύτη στη μία πλευρά και μια εξαιρετικά συμπυκνωμένη διαλυμένη ουσία στην άλλη.

Αντίστροφη όσμωση

Αυτή η διαδικασία μπορεί να φαίνεται αρκετά απλή, αλλά απαιτεί τεράστια ποσότητα ενέργειας για να επιτευχθεί, καθώς και εξειδικευμένη τεχνολογία και υποδομή. Ευτυχώς, με τόσες πολλές διαφορετικές εφαρμογές (π.χ. διαχείριση λυμάτων, ανακύκλωση, παραγωγή ενέργειας), τα έθνη σε όλο τον κόσμο επενδύουν σε αυτήν την τεχνολογία σε τεράστια κλίμακα.

Το πρόβλημα με την αντίστροφη όσμωση για πολλά χρόνια ήταν η αναποτελεσματικότητα της διαδικασίας και η μικρή ποσότητα γλυκού νερού που παρήχθη. Ωστόσο, έχουν γίνει ορισμένες βασικές εξελίξεις, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης κυψελών αντίστροφης όσμωσης, σφιχτά τυλιγμένων πηνίων κυτταρικού οξικού, μαζί με στρώματα που αποτελούνται από βάση πολυεστέρα, στρώμα πολυσουλφόνης και απίστευτα λεπτό στρώμα πολυαμιδίου. Το νερό που περιέχει διαλυμένες ουσίες (π.χ. αλάτι, απόβλητα, βακτήρια κ.λπ.) διοχετεύεται μέσω της μίας πλευράς αυτών των κυττάρων και οι διαλυμένες ουσίες διαχωρίζονται από τον διαλύτη (νερό) καθώς περνά μέσα από αυτά τα ημιπερατά στρώματα του πηνίου, βγαίνοντας ως γλυκό νερό από την άλλη πλευρά.

Αν και η πολυπλοκότητα της μηχανικής πίσω από αυτά τα κύτταρα είναι πέρα ​​από το πεδίο εφαρμογής αυτού του άρθρου, αρκεί να πούμε ότι χωρίς αυτήν την τεχνολογία και την ικανότητά της να προσλαμβάνει νερό μολυσμένο με οτιδήποτε, από ανθρώπινα κόπρανα και τοξίνες μέχρι αλάτι και υπερβολικά βαρέα μέταλλα, θα να είμαστε σε πολύ χειρότερη κατάσταση από ό,τι είμαστε τώρα ως είδος. Για να κατανοήσουμε πόσο σημαντική είναι αυτή η τεχνολογία, ας ρίξουμε μια γρήγορη ματιά σε ορισμένες από τις εφαρμογές όπου η αντίστροφη όσμωση βρήκε σπίτι.

Εφαρμογές της αντίστροφης όσμωσης

Ενώ αυτό το άρθρο έχει επικεντρωθεί κυρίως στην ικανότητα της αντίστροφης όσμωσης να μας σώσει από το να ξεμείνουμε από γλυκό νερό τα επόμενα 50 χρόνια, υπάρχουν πολλές άλλες χρήσεις για την αντίστροφη όσμωση που την καθιστούν κρίσιμη για την καθημερινή μας ζωή.

Αφαλάτωση

Ναι, η αντίστροφη όσμωση είναι ίσως πιο διάσημη για την ικανότητά της να αφαιρεί το αλάτι από το αλμυρό νερό, αφήνοντας πίσω φρέσκο, πόσιμο νερό. Ωστόσο, η αντίστροφη όσμωση και το αφαλατωμένο νερό της παρέχουν μόνο περίπου το 1% του πόσιμου νερού στη Γη. Ευτυχώς, δισεκατομμύρια δολάρια χύνονται σε αυτήν την τεχνολογία κάθε χρόνο και με το 50% του παγκόσμιου πληθυσμού να ζει κοντά σε μια ωκεάνια ακτή, αυτό θα γίνει μια ολοένα και πιο σημαντική πηγή γλυκού νερού καθώς ο πληθυσμός μας επεκτείνεται. Υπάρχουν και άλλες τεχνολογίες αφαλάτωσης, όπως η θερμική εξάτμιση, αλλά πολλά χρήματα Ε&Α χύνονται ακόμη και σε μικρές μεμβράνες, που παράγονται με φθηνότερο κόστος, για να γίνει το αφαλατωμένο πόσιμο νερό μια οικονομικά αποδοτική και βιώσιμη λύση.

Επεξεργασία νερού

Εκτός από την αφαίρεση του αλατιού από το υφάλμυρο νερό και το θαλασσινό νερό, η αντίστροφη όσμωση χρησιμοποιείται επίσης για την αφαίρεση κάθε άλλου τύπου ρύπανσης από το νερό. Υπάρχουν πολλές (μικροσκοπικές) ακαθαρσίες που βρίσκουν τον δρόμο τους στην παροχή νερού μας, όπως το φθόριο και άλλα βαρέα μέταλλα. Σε ένα πιο σχετικό επίπεδο, φανταστείτε όλες τις τοξίνες και τα απόβλητα στα ούρα και το νερό που ρίχνουμε στην τουαλέτα; Όλο αυτό το νερό μπορεί να υποβληθεί σε επεξεργασία και επεξεργασία μέσω αντίστροφης όσμωσης για την εξάλειψη όλων των σωματιδίων, αφήνοντας μόνο φρέσκο, πόσιμο νερό να βγαίνει από τη βρύση σας—ή να ξαναγεμίσει τη λεκάνη της τουαλέτας σας!

Ανακύκλωση

Με την Πράσινη Επανάσταση σε όλο τον κόσμο, η ανακύκλωση έχει έρθει στο προσκήνιο τα τελευταία χρόνια, αλλά πολλοί άνθρωποι δεν γνωρίζουν ότι η ανακύκλωση δημιουργεί επίσης μια καλή ποσότητα μολυσμένων λυμάτων ως υποπροϊόν. Οι εγκαταστάσεις αντίστροφης όσμωσης σε μονάδες ανακύκλωσης μπορούν να διαχωρίσουν αυτές τις τοξίνες και να ανακυκλώσουν το γλυκό νερό πίσω στο σύστημα για να κάνουν τη βιομηχανική διαδικασία ανακύκλωσης πιο βιώσιμη!

Παραγωγή ενέργειας

Αυτή είναι μια από τις ταχύτερα αναπτυσσόμενες περιοχές όπου εφαρμόζεται η αντίστροφη όσμωση. Στην παραγωγή ενέργειας, ο ατμός χρησιμοποιείται συχνά για την περιστροφή στροβίλων, αλλά όταν αυτός ο ατμός είναι ακάθαρτος, μπορεί να μειώσει την απόδοση της παραγωγής ενέργειας. Όταν αυτός ο ατμός υποβάλλεται σε επεξεργασία μέσω ενός συστήματος αντίστροφης όσμωσης για την απομάκρυνση των ακαθαρσιών, μπορεί να μειώσει σημαντικά την κατανάλωση πόρων στην παραγωγή ενέργειας και να κάνει την όλη διαδικασία πιο βιώσιμη.

Άλλες εφαρμογές

Μερικές από τις πιο απροσδόκητες χρήσεις της αντίστροφης όσμωσης περιλαμβάνουν τις εφαρμογές της στη βιομηχανία οινοποίησης, καθώς και στην παραγωγή σιροπιού σφενδάμου. Η αιθανόλη, η οποία είναι αυτή που τροφοδοτεί εκατομμύρια αυτοκίνητα σε όλο τον κόσμο, μπορεί επίσης να καθαριστεί μέσω της αντίστροφης όσμωσης. Θυμηθείτε, το νερό δεν είναι ο μόνος διαλύτης που μπορεί να επωφεληθεί από αυτήν την τεχνολογία!

Μια τελευταία λέξη

Υπάρχουν πολλά πράγματα που θεωρούμε δεδομένα στον κόσμο, αλλά η διαθεσιμότητα γλυκού νερού δεν πρέπει να είναι ένα από αυτά! Η υπεύθυνη χρήση του νερού θα γίνει ακόμη πιο σημαντική τα επόμενα χρόνια και τις επόμενες δεκαετίες και η αντίστροφη όσμωση θα διαδραματίσει κρίσιμο ρόλο στην παγκόσμια προσπάθειά μας να επιβιώσουμε και να ευδοκιμήσουμε!