Обезсоляване: Облекчаване на тежестта на жаждата

От 1900 г. нататък около 11 милиона души са загинали в резултат на широко разпространените последици от сушата. Сушата – период с по-ниско от средното количество валежи в даден регион – е нарастващ глобален проблем. Последствията включват намаляване на нивата на прясна вода, глад и болести.

Значението на обезсоляването в световен мащаб

За да се поддържа нарастващо население, изследванията са насочени към разработване на решение на тези проблеми. Сондирането на подземни води и рециклирането на отпадъчни води са примери за временни решения. Сред тези решения е обезсоляването. Обезсоляването е процес на прокарване на подсолена вода през мембрана чрез обратна осмоза, отделяйки сладката вода от примесите. Въпреки че се използва на места като Израел и Калифорния, обезсоляването все още не се използва от останалия свят поради репутацията му за огромна консумация на енергия.

Един подход за намаляване на разходите е заместването на основния материал, използван в конструиращата мембрана, с относително евтин материал, наречен полиамид. За съжаление тази замяна идва с друга цена. Известно е, че хлорът е химикал, присъстващ в пречистването на водата за унищожаване на бактерии, но контактът с полиамид разгражда мембраната. За да се избегне дегенерация, извличането на хлор се превръща в допълнителна стъпка в процеса на обезсоляване. Въпреки това, когато липсва хлор, могат да се появят микроби и да възпрепятстват потока на водата.

Възможно решение е да се замени полиамидът с графенов оксид. Съединението графен има структура, подобна на пчелната пита. Предвижда се, че този материал ще бъде по-пропусклив за вода и следователно ще намали налягането, необходимо за диктуване на водния поток.

Учените по материали от Масачузетския технологичен институт, Джеф Гросман, Шрея Дейв и колеги, използват това съединение в своите изследвания. Графеновите люспи, които се отделят от парчета графит, се поставят във вода. След това течността се изсмуква чрез вакуумна филтрация, оставяйки листове като остатъци. Остатъците се обединяват, за да създадат парчета чрез свързване на въглеродни и кислородни атоми. Това сливане е променено, за да се направят пространства между люспите достатъчно големи, за да позволят потока на водните молекули, като същевременно възпрепятстват солта и други примеси. Доказано е, че водните молекули преминават по-лесно през графитната мембрана, отколкото през полиамидната. Също така се предполага, че този материал може допълнително да намали енергийните нужди поради по-малко съпротивление срещу водните молекули, въпреки че тази хипотеза все още предстои да бъде тествана. Освен това, цената на графеновия оксид не се различава значително от цената на полиамида.

Прилагане на обезсоляване в Израел

Преди няколко години беше установено, че Израел се справя със сериозен проблем със сушата – най-лошата от 900 години. За да се бори с по-сухите земи, Израел проучи национална кампания за гарантиране на опазването на водата. През 2007 г. се използват тоалетни с нисък поток и душове, а водата от дренажните системи се рециклира за напояване. Най-голямото подобрение обаче дойде след внедряването на инсталации за обезсоляване. Като пример, инсталацията за обезсоляване Sorek започна работа през октомври 2013 г. Тя се намира на десет мили южно от Тел Авив и е най-голямото съоръжение за обезсоляване с обратна осмоза в света.

След потока вода под налягане, често срещан проблем в процеса на обезсоляване е цената за почистване на блокираните пори от оставени молекули. Едо Бар-Зеев и колегите му от Израелския институт за изследване на водата Зукърбърг направиха забележително откритие за подобряване на разделянето между водата и замърсителите. Те въведоха в употреба порест камък от лава, чрез който микроорганизмите се предотвратяват от контакт с мембраните. Тази технология подобри работата на инсталациите за обезсоляване. Сега 55 процента от битовата вода идва от инсталации за обезсоляване.

Алуминиеви дискове – доставка за развиващите се страни

По-нататъшните изследвания се насочват към алтернативни материали като въглеродни нанотръби като мембрана. Основният проблем за интегрирането на такива констатации е цената. Прилагането на такива процеси трябва да се разглежда на глобално ниво. Има селски райони по света, които са по-слабо развити и може да нямат ресурси за разработване на инсталации за обезсоляване, които да се грижат за други райони.

За да се противопоставят на това предизвикателство, Jia Zhu от университета в Нанкин в Китай и колегите му работят върху алтернативни източници на енергия, като слънцето. И все пак зависимостта само от директен контакт от слънцето е ограничаваща. Изследванията разглеждат използването на абсорбируеми материали за увеличаване на количеството енергия от слънчевата светлина. Възможно решение е използването на алуминиеви дискове, които абсорбират повече от 96 процента от слънчевата светлина – 90 процента от които се използват за образуване на водна пара. По този начин се спазват и стандартите за пиене. Ако бъде приложен, алуминият е евтин материал и може да произвежда вода със същата скорост като инсталациите за обезсоляване. Въпреки това, поради чистата дестилирана вода след изпаряване, липсата на минерали като магнезий и калций е следствие. По този начин това служи като временно решение, но не трябва да се използва в дългосрочен план.