Desalinizare: ușurează povara setei

Din anii 1900 încoace, aproximativ 11 milioane de oameni au murit ca urmare a efectelor larg răspândite ale secetei. Seceta – o perioadă cu precipitații mai mici decât media într-o regiune – este o problemă globală în creștere. Consecințele includ scăderea nivelului de apă dulce, foamete și boli.

Semnificația desalinizării la scară globală

Pentru a susține o populație în creștere, cercetarea este orientată spre dezvoltarea unei soluții la aceste probleme. Forarea apelor subterane și reciclarea apelor uzate sunt exemple de soluții temporare. Printre aceste soluții se numără desalinizarea. Desalinizarea este procesul de forțare a apei sărate printr-o membrană prin osmoză inversă, separând apa dulce de impurități. Deși este folosit în locuri precum Israel și California, desalinizarea nu a fost încă utilizată de restul lumii datorită reputației sale pentru consumul masiv de energie.

O abordare pentru reducerea costurilor este înlocuirea materialului primar utilizat în membrana de construcție cu un material relativ ieftin numit poliamidă. Din păcate, această înlocuire vine cu un alt preț. Se știe că clorul este o substanță chimică prezentă în purificarea apei pentru a distruge bacteriile, dar contactul cu poliamida degradează membrana. Pentru a evita degenerarea, extragerea clorului devine o etapă suplimentară în procesul de desalinizare. Cu toate acestea, atunci când clorul este absent, microbii pot apărea și obstrucționează curgerea apei.

O posibilă soluție este înlocuirea poliamidei cu oxid de grafen. Grafenul compus are o structură similară cu fagurele. Se prevede că acest material va fi mai permeabil la apă și, prin urmare, va reduce presiunea necesară pentru a dicta fluxul de apă.

Oamenii de știință ai materialelor de la MIT, Jeff Grossman, Shreya Dave și colegii, utilizează acest compus în cercetările lor. Fulgii de grafen, care sunt desprinși din bucăți de grafit, sunt plasați în apă. Lichidul este apoi aspirat prin filtrare în vid, lăsând foile ca resturi. Reziduurile sunt puse împreună pentru a crea bucăți prin legarea atomilor de carbon și oxigen. Această fuziune este modificată pentru a face spații între fulgi suficient de mari pentru a permite curgerea moleculelor de apă, împiedicând în același timp sarea și alte impurități. S-a dovedit că moleculele de apă călătoresc mai ușor prin membrana de grafit decât poliamidă. De asemenea, se deduce că acest material poate reduce și mai mult necesarul de energie datorită rezistenței mai mici la moleculele de apă, deși această ipoteză nu a fost încă testată. În plus, costul oxidului de grafen nu este foarte diferit de prețul poliamidei.

Aplicarea desalinizării în Israel

În urmă cu câțiva ani, Israelul a fost găsit că se confruntă cu o problemă severă de secetă – cea mai gravă din 900 de ani. Pentru a combate pământurile mai uscate, Israelul a explorat campania națională pentru a asigura conservarea apei. În 2007, au fost utilizate toalete și capete de duș cu debit redus, iar apa din sistemele de drenaj a fost reciclată pentru irigare. Cu toate acestea, cea mai mare îmbunătățire a venit după implementarea instalațiilor de desalinizare. Ca exemplu, uzina de desalinizare Sorek a început să funcționeze în octombrie 2013. Este situată la zece mile sud de Tel Aviv și este cea mai mare unitate de desalinizare cu osmoză inversă din lume.

În urma fluxului de apă sub presiune, o problemă comună în procesul de desalinizare este costul curățării porilor blocați de moleculele lăsate în urmă. Edo Bar-Zeev și colegii săi, de la Institutul Zuckerberg pentru Cercetarea Apei din Israel, au făcut o descoperire remarcabilă pentru a îmbunătăți separarea dintre apă și contaminanți. Ei au adus în uz piatră de lavă poroasă prin care microorganismele sunt împiedicate să intre în contact cu membranele. Această tehnologie a îmbunătățit performanța instalațiilor de desalinizare. Acum, 55 la sută din apa menajeră își are sursele din instalațiile de desalinizare.

Discuri din aluminiu – furnizare către țările în curs de dezvoltare

Cercetările ulterioare se îndreaptă către materiale alternative, cum ar fi nanotuburi de carbon ca membrană. Problema de bază pentru integrarea unor astfel de constatări este costul. Aplicarea unor astfel de procese trebuie luată în considerare la nivel global. Există zone rurale de pe tot globul care sunt mai puțin dezvoltate și este posibil să nu dispună de resursele necesare pentru a dezvolta instalații de desalinizare pentru a se ocupa de alte zone.

Pentru a contracara o astfel de provocare, Jia Zhu de la Universitatea Nanjing din China și colegii săi au lucrat la surse alternative de energie, cum ar fi soarele. Cu toate acestea, depinde doar de contactul direct de la soare este limitativ. Cercetările analizează utilizarea materialelor absorbabile pentru a crește cantitatea de energie din lumina soarelui. O posibilă soluție este utilizarea discurilor de aluminiu care absorb mai mult de 96 la sută din lumina soarelui - din care 90 la sută este folosită pentru formarea vaporilor de apă. Standardele de băut sunt, de asemenea, îndeplinite în acest fel. Dacă este implementat, aluminiul este un material ieftin și poate produce apă în același ritm ca și instalațiile de desalinizare. Cu toate acestea, datorită apei distilate pure după evaporare, absența mineralelor precum magneziu și calciu este o consecință. Astfel, aceasta servește ca o soluție temporară, dar nu ar trebui folosită pe termen lung.