Magestamine: janukoorma leevendamine

Alates 1900. aastatest hukkus põua laialdase mõju tõttu umbes 11 miljonit inimest. Põud – piirkonna keskmisest väiksema sademetehulga periood – on kasvav ülemaailmne probleem. Tagajärgede hulka kuuluvad mageveetaseme langus, nälg ja haigused.

Magestamise tähtsus globaalses mastaabis

Kasvava elanikkonna säilitamiseks püütakse nendele probleemidele lahendusi leida. Põhjavee puurimine ja reovee ringlussevõtt on näiteks ajutised lahendused. Nende lahenduste hulgas on ka magestamine. Magestamine on protsess, mille käigus soolatud vesi surutakse pöördosmoosi abil läbi membraani, eraldades magevee lisanditest. Kuigi seda kasutatakse sellistes kohtades nagu Iisrael ja California, ei pea ülejäänud maailm veel magestamise kasutamist kasutama, kuna see on tuntud tohutu energiatarbimise poolest.

Kulude vähendamise viis on asendada membraani ehitamisel kasutatud esmane materjal suhteliselt odava materjaliga, mida nimetatakse polüamiidiks. Kahjuks on sellel asendusel teine ​​hind. Teatavasti on kloor vee puhastamisel esinev kemikaal, mis hävitab baktereid, kuid kokkupuude polüamiidiga lagundab membraani. Degeneratsiooni vältimiseks muutub kloori ekstraheerimine magestamisprotsessi täiendavaks etapiks. Kui aga kloori puudub, võivad tekkida mikroobid, mis takistavad vee voolu.

Võimalik lahendus on polüamiidi asendamine grafeenoksiidiga. Grafeeniühendil on kärgstruktuuri sarnane struktuur. Eeldatakse, et see materjal on vett paremini läbilaskev ja vähendab seetõttu veevoolu dikteerimiseks vajalikku rõhku.

MIT materjaliteadlased Jeff Grossman, Shreya Dave ja kolleegid kasutavad seda ühendit oma uurimistöös. Grafeenihelbed, mis on grafiiditükkidest eemaldatud, asetatakse vette. Seejärel imetakse vedelik vaakumfiltrimise teel välja, jättes lehed jääkidena. Jäägid pannakse kokku, et luua tükke, sidudes süsiniku ja hapniku aatomid. Seda sulandumist muudetakse nii, et helveste vahelised ruumid oleksid piisavalt suured, et võimaldada veemolekulide voolu, takistades samal ajal soola ja muid lisandeid. On tõestatud, et veemolekulid liiguvad läbi grafiitmembraani kergemini kui polüamiid. Samuti järeldatakse, et see materjal võib veelgi vähendada energiavajadust tänu väiksemale vastupidavusele veemolekulidele, kuigi seda hüpoteesi tuleb veel kontrollida. Lisaks ei erine grafeenoksiidi hind oluliselt polüamiidi hinnast.

Magestamise rakendamine Iisraelis

Paar aastat tagasi leiti, et Iisrael tegeleb tõsise põuaprobleemiga, mis on viimase 900 aasta halvim. Kuivemate maade vastu võitlemiseks uuris Iisrael riiklikku kampaaniat veekaitse tagamiseks. 2007. aastal võeti kasutusele väikese vooluhulgaga tualettruumid ja dušiotsad ning drenaažisüsteemide vesi võeti kastmiseks ümber. Suurim paranemine ilmnes aga pärast magestamisseadmete kasutuselevõttu. Näiteks Soreki magestamise tehas alustas tööd 2013. aasta oktoobris. See asub Tel Avivist kümme miili lõuna pool ja on maailma suurim pöördosmoosi magestamise tehas.

Pärast vee survet voolamist on magestamisprotsessis levinud probleem ummistunud pooride puhastamise hind mahajäänud molekulidest. Edo Bar-Zeev ja kolleegid Iisraeli Zuckerbergi veeuuringute instituudist tegid märkimisväärse avastuse vee ja saasteainete eraldamise parandamiseks. Nad võtsid kasutusele poorse laavakivi, mis takistab mikroorganismide kokkupuudet membraanidega. See tehnoloogia parandas magestamisjaamade jõudlust. Nüüd on 55 protsenti olmeveest pärit magestamisjaamadest.

Alumiiniumkettad – tarnitakse arengumaadele

Edasised uuringud keskenduvad membraanina alternatiivsete materjalide, näiteks süsinik-nanotorude poole. Selliste leidude integreerimise põhiprobleem on kulu. Selliste protsesside rakendamist tuleb kaaluda globaalsel tasandil. Üle maailma on maapiirkondi, mis on vähem arenenud ja neil ei pruugi olla ressursse magestamistehaste arendamiseks, et teisi piirkondi kasutada.

Sellise väljakutse vastu võitlemiseks töötas Jia Zhu Hiina Nanjingi ülikoolist ja tema kolleegid alternatiivsete energiaallikate, näiteks päikese kallal. Kuid sõltumine ainult otsesest kokkupuutest päikesega on piirav. Teadusuuringud uurivad absorbeeruvate materjalide kasutamist päikesevalgusest saadava energia hulga suurendamiseks. Võimalik lahendus on alumiiniumketaste kasutamine, mis neelavad üle 96 protsendi päikesevalgusest – sellest 90 protsenti kasutatakse veeauru moodustamisel. Jooginorme täidetakse ka nii. Rakendamisel on alumiinium odav materjal ja suudab toota vett sama kiirusega kui magestamistehased. Kuid pärast aurutamist puhta destilleeritud vee tõttu puuduvad mineraalid, nagu magneesium ja kaltsium. Seega on see ajutine lahendus, kuid seda ei tohiks pikemas perspektiivis kasutada.