Desalinizacija: Olakšavanje tereta žeđi

Od 1900-ih pa nadalje, oko 11 miliona ljudi je stradalo od posljedica široko rasprostranjenih posljedica suše. Suša – period niže od prosječne količine padavina u regionu – je rastući globalni problem. Posljedice uključuju smanjenje nivoa slatke vode, glad i bolesti.

Značaj desalinizacije na globalnom nivou

Kako bi se održala rastuća populacija, istraživanja su usmjerena na razvoj rješenja za ova pitanja. Bušenje podzemnih voda i recikliranje otpadnih voda su primjeri privremenih rješenja. Među tim rješenjima je i desalinizacija. Desalinizacija je proces prisiljavanja slane vode kroz membranu reverznom osmozom, odvajajući slatku vodu od nečistoća. Iako se koristi na mjestima kao što su Izrael i Kalifornija, ostatak svijeta tek treba da koristi desalinizaciju zbog njene reputacije za veliku potrošnju energije.

Pristup smanjenju troškova je zamjena primarnog materijala koji se koristi u konstrukciji membrane s relativno jeftinim materijalom koji se zove poliamid. Nažalost, ova zamjena dolazi s drugom cijenom. Poznato je da je hlor hemikalija prisutna u prečišćavanju vode za uništavanje bakterija, ali kontakt sa poliamidom degradira membranu. Kako bi se izbjegla degeneracija, ekstrakcija hlora postaje dodatni korak u procesu desalinizacije. Međutim, kada hlor nema, mogu se pojaviti mikrobi koji ometaju protok vode.

Moguće rješenje je zamjena poliamida grafen oksidom. Jedinjenje grafena ima strukturu sličnu saću. Predviđeno je da će ovaj materijal biti propusniji za vodu i samim tim smanjiti pritisak potreban da diktira protok vode.

Naučnici za materijale sa MIT-a, Jeff Grossman, Shreya Dave i kolege, koriste ovo jedinjenje u svojim istraživanjima. Grafenske pahuljice, koje se skinu sa komada grafita, stavljaju se u vodu. Tečnost se zatim usisava vakuumskom filtracijom, ostavljajući listove kao ostatke. Ostaci se spajaju kako bi se stvorili komadi spajanjem atoma ugljika i kisika. Ova fuzija je izmijenjena kako bi se razmak između pahuljica napravio dovoljno veliki da omogući protok molekula vode, dok ometa sol i druge nečistoće. Dokazano je da molekuli vode lakše putuju kroz grafitnu membranu nego poliamid. Također se zaključuje da ovaj materijal može dodatno smanjiti zahtjeve za energijom zbog manje otpornosti na molekule vode, iako ovu hipotezu tek treba provjeriti. Osim toga, cijena grafenskog oksida ne razlikuje se mnogo od cijene poliamida.

Primjena desalinacije u Izraelu

Prije nekoliko godina pronađeno je da se Izrael suočava s ozbiljnim problemom suše – najgorim u posljednjih 900 godina. Kako bi se borio protiv sušnih zemalja, Izrael je istražio nacionalnu kampanju kako bi osigurao očuvanje vode. U 2007. godini u upotrebu su ušli toaleti sa niskim protokom i tuš kabine, a voda iz drenažnih sistema je reciklirana za navodnjavanje. Međutim, najveći napredak je uslijedio nakon uvođenja postrojenja za desalinizaciju. Na primjer, postrojenje za desalinizaciju Sorek počelo je s radom u oktobru 2013. Nalazi se deset milja južno od Tel Aviva i najveće je postrojenje za desalinizaciju reverzne osmoze na svijetu.

Nakon protoka vode pod pritiskom, čest problem u procesu desalinizacije je cijena čišćenja blokiranih pora od molekula koji su ostali. Edo Bar-Zeev i njegove kolege, sa izraelskog Zuckerberg instituta za istraživanje vode, došli su do izuzetnog otkrića za poboljšanje razdvajanja vode i zagađivača. Oni su uveli u upotrebu porozni kamen lave kojim se sprečava kontakt mikroorganizama sa membranama. Ova tehnologija je poboljšala performanse postrojenja za desalinizaciju. Sada 55 posto vode za domaćinstvo dolazi iz postrojenja za desalinizaciju.

Aluminijski diskovi – isporuka zemalja u razvoju

Dalja istraživanja naginju alternativnim materijalima kao što su ugljične nanocijevi kao membrana. Osnovno pitanje za integraciju takvih nalaza je cijena. Primjena takvih procesa mora se razmotriti na globalnom nivou. Postoje ruralna područja širom svijeta koja su manje razvijena i možda nemaju resurse za razvoj postrojenja za desalinizaciju koja bi se bavila drugim područjima.

Da bi se suprotstavio takvom izazovu, Jia Zhu sa Univerziteta Nanjing u Kini i kolege su radili na alternativnim izvorima energije, kao što je sunce. Ipak, ovisnost o direktnom kontaktu samo od sunca ograničava. Istraživanja istražuju upotrebu upijajućih materijala za povećanje količine energije iz sunčeve svjetlosti. Moguće rješenje je korištenje aluminijskih diskova koji apsorbiraju više od 96 posto sunčeve svjetlosti – od čega se 90 posto koristi za formiranje vodene pare. Na ovaj način su zadovoljeni i standardi za piće. Ako se implementira, aluminijum je jeftin materijal i može proizvoditi vodu istom brzinom kao i postrojenja za desalinizaciju. Međutim, zbog čiste destilovane vode nakon isparavanja, posljedica je odsustvo minerala poput magnezija i kalcija. Dakle, ovo služi kao privremeno rješenje, ali se ne bi trebalo koristiti na duge staze.