淡水化：喉の渇きを和らげる

1900 年代以降、干ばつの影響が広範囲に及んだ結果、約 11 万人が死亡しました。 干ばつ – ある地域の降水量が平均よりも少ない期間 – は、世界的な問題になりつつあります。 その結果として、淡水レベルの低下、飢饉、病気などがあります。

地球規模での淡水化の意義

増加する人口を維持するために、研究はこれらの問題に対する解決策の開発に向けられています。 地下水掘削と廃水のリサイクルは、一時的な解決策の例です。 これらのソリューションの中には淡水化があります。 淡水化とは、塩水を逆浸透によって膜に通し、淡水を不純物から分離するプロセスです。 イスラエルやカリフォルニアなどの場所で使用されていますが、淡水化は大量のエネルギーを消費するという評判のため、世界の他の地域ではまだ利用されていません.

コストを削減するアプローチは、膜の構築に使用される主要な材料を、ポリアミドと呼ばれる比較的安価な材料に置き換えることです。 残念ながら、この代替品には別の価格が伴います。 塩素はバクテリアを破壊するために水の浄化に存在する化学物質であることが知られていますが、ポリアミドと接触すると膜が劣化します. 変性を避けるために、塩素の抽出は淡水化プロセスの追加のステップになります。 しかし、塩素がないと雑菌が発生して水の流れを阻害してしまいます。

考えられる解決策は、ポリアミドを酸化グラフェンに置き換えることです。 複合グラフェンはハニカムに似た構造をしています。 この材料は水に対してより透過性が高く、したがって水の流れを決定するために必要な圧力が低下すると予測されています。

MIT の材料科学者、Jeff Grossman、Shreya Dave、および同僚は、この化合物を研究に利用しています。 グラファイトの破片から剥ぎ取られたグラフェンフレークは、水に入れられます。 その後、液体は真空ろ過によって吸い出され、シートが残ります。 残基は、炭素原子と酸素原子を結合することによって、まとまりを作ります。 この融合は、塩やその他の不純物を妨げながら、水分子の流れを可能にするのに十分な大きさのフレーク間のスペースを作るために変更されます. 水分子は、ポリアミドよりもグラファイト膜を通過しやすいことが証明されました。 また、この材料は水分子に対する抵抗が少ないため、エネルギー需要をさらに削減できると推測されていますが、この仮説はまだ検証されていません. さらに、酸化グラフェンのコストは、ポリアミドの価格と大きく異なるわけではありません。

イスラエルにおける淡水化の適用

数年前、イスラエルは 900 年で最悪の深刻な干ばつ問題に対処していることが判明しました。 より乾燥した土地と戦うために、イスラエルは水の保全を確保するための全国的なキャンペーンを検討しました。 2007 年には、低流量のトイレとシャワーヘッドが使用されるようになり、排水システムからの水が灌漑用に再利用されました。 しかし、海水淡水化プラントの導入後、最大の改善が見られました。 一例として、2013 年 XNUMX 月に操業を開始した Sorek 淡水化プラントは、テルアビブの南 XNUMX マイルに位置し、世界最大の逆浸透淡水化施設です。

水の加圧流に続いて、淡水化プロセスでよくある問題は、残った分子からブロックされた細孔を洗浄するコストです。 イスラエルのザッカーバーグ水研究所の Ed Bar-Zeev とその同僚は、水と汚染物質の分離を改善するという驚くべき発見をしました。 彼らは、微生物が膜と接触するのを防ぐ多孔質の溶岩石を使用しました。 この技術により、淡水化プラントの性能が向上しました。 現在、家庭用水の 55% は淡水化プラントから水源をたどっています。

アルミディスク – 発展途上国への供給

さらなる研究は、膜としてカーボン ナノチューブのような代替材料に傾いています。 このような調査結果を統合するための根本的な問題はコストです。 このようなプロセスの適用は、グローバル レベルで検討する必要があります。 開発が進んでおらず、他の地域に対応する淡水化プラントを開発するためのリソースがない可能性がある農村地域が世界中にあります。

このような課題に対抗するために、中国の南京大学の Jia Zhu と同僚は、太陽などの代替エネルギー源に取り組みました。 しかし、太陽からの直接の接触だけに依存することには限界があります。 研究は、太陽光からのエネルギー量を増加させるために吸収可能な材料の使用を検討しています。 考えられる解決策は、太陽光の 96% 以上を吸収するアルミニウム ディスクの使用です。太陽光の 90% は水蒸気の形成に使用されます。 飲酒基準もこの方法で満たされています。 実現すれば、アルミニウムは低コストの素材であり、淡水化プラントと同じ速度で水を生成できます。 ただし、蒸発後の純粋な蒸留水のために、マグネシウムやカルシウムなどのミネラルが存在しないという結果になります。 したがって、これは一時的な解決策として機能しますが、長期的には使用しないでください。