Ob Sie es glauben oder nicht, aber es gibt ein wachsendes Problem mit sauberes, trinkbares Süßwasser bekommen In vielen Teilen der Welt. Durch eine Kombination aus menschlichen Aktivitäten und Klimawandel sagen viele voraus, dass bald eine ernsthafte globale Wasserkrise auf uns zukommen wird.
Aus diesem Grund suchen Forscher nach Lösungen, um Süßwasser künstlich zu erzeugen. Als Entsalzung bezeichnet, könnte Salzwasser wie Meerwasser die Lösung sein, nach der wir gesucht haben?
Was ist die Süßwasserkrise?
Unser "Blauer Planet" trägt den passenden Namen. Mit ungefähr 70% von seiner mit Wasser bedeckten Oberfläche scheint es unerklärlich, dass Wasser in vielen Teilen der Welt, die nicht einmal Wüstengebiete sind, als knappe Ressource angesehen werden kann.
Das Problem ist, dass das meiste Wasser Meerwasser ist, das nicht gerade trinkbar ist, da es buchstäblich mit Salz gesättigt ist. Vom Erdwasser nur um 3% davon ist frisch und trinkbar .
aber nur um 1% Das verfügbare Süßwasser ist für den menschlichen Gebrauch tatsächlich leicht zugänglich. Der überwiegende Teil des Restes ist in Gletschern, Eiskappen, Permafrost eingeschlossen oder tief im Boden vergraben.
Dies bedeutet, dass nur um 0,007% Das Wasser auf der Erde steht unserer ständig wachsenden Weltbevölkerung tatsächlich zur Verfügung. Ein weiteres Problem besteht darin, dass dieses leicht zugängliche Süßwasser nicht gleichmäßig auf der ganzen Welt verteilt ist.
VERBINDUNG: DIE SÜSSWASSERKRISEN- UND Entsalzungsanlagen
Da Trinkwasser für das Leben auf der Erde unerlässlich ist, ist dies nicht ideal für Orte in " Wasserknappheit ". Aber wir verwenden Wasser auch zur Herstellung von Lebensmitteln, Kleidung, zum Bau von Computern und Autos sowie zur Hygiene, um nur einige Dinge zu nennen.
Es ist wichtig für alle Aspekte des menschlichen Lebens.
Die National Geographic erklärt, warum "aufgrund von Geografie, Klima, Ingenieurwesen, Regulierung und Wettbewerb um Ressourcen einige Regionen relativ bündig mit frischem Wasser zu sein scheinen, während andere von Dürre und schwächender Umweltverschmutzung betroffen sind. In weiten Teilen der Entwicklungsländer ist sauberes Wasser entweder schwierigvorbeikommen oder eine Ware, die mühsame Arbeit oder bedeutende Währung erfordert, um zu erhalten. "
Ein weiteres Problem ist, dass die Menge an Süßwasser auf dem Planeten seit Milliarden von Jahren relativ konstant geblieben ist.
Tatsächlich ist es möglich, dass Sie irgendwann in Ihrem Leben Wassermoleküle aufgenommen haben, die auch vorhanden waren. betrunken von den Dinosauriern , Julius Caesar oder eine andere historische Figur. Ein bemerkenswerter Gedanke.
Steigende globale Temperaturen in den letzten Jahrzehnten scheinen auch die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen extreme Wetterereignisse einschließlich Dürren in gefährdeten Gebieten der Welt. In den betroffenen Gebieten ist Wasserknappheit ein sehr ernstes Problem.
Da die Bevölkerung jedes Jahr wächst und die bereits schwindende Wasserversorgung für Dinge wie Landwirtschaft oder Einweg-Konsumgüter überbeansprucht wird, sind einige Teile der Welt mit einer sehr realen "Süßwasserkrise" konfrontiert.
Aber die Menschheit ist nichts anderes als genial. Können wir unsere Technologie einsetzen, um die Auswirkungen dieser Krise zu begrenzen? Vielleicht sogar Süßwasser "schaffen"?
Lass es uns herausfinden.
Ist es sicher, Salzwasser aus dem Meer zu trinken?
Die kurze Antwort lautet natürlich nein. Salzwasser wie Meerwasser trinken. kann für Menschen tödlich sein und viele andere Organismen.
Meerwasser enthält, wie Sie sicher mehr als wissen, viele Salze. Wenn Sie es trinken, nehmen Sie sowohl Wasser was gut ist als auch diese Salze auf.
Während Sie gerne eine kleine Menge Salz konsumieren können, ist der Gehalt an Meerwasser erheblich höher, als Ihr Körper effektiv verarbeiten kann.
Die Zellen Ihres Körpers hängen von Natriumchlorid Speisesalz ab, hauptsächlich vom Natriumgehalt. Aufrechterhaltung des chemischen Gleichgewichts und der Reaktionen des Körpers. Aber zu viel davon kann tödlich sein.
Dies liegt daran, dass Ihre Nieren, insbesondere die Nephrone kann nur Urin herstellen, der weniger salzig als Meerwasser ist. Dies bedeutet, dass, wenn Sie ausschließlich Meerwasser trinken, mehr Wasser benötigt wird, um das Salz zu verdünnen und herauszupinkeln, als das Wasser, das Sie durch das Trinken erhalten haben.
Mit anderen Worten, Sie hätten einen Nettowasserverlust. Aus diesem Grund würden Sie schließlich an Dehydration sterben und mit der Zeit immer durstiger werden, wenn Ihre einzige Wasserquelle Meerwasser wäre.
Aus diesem Grund sollten Sie niemals erhebliche Mengen Meerwasser trinken.
Welche Methoden gibt es, um Wasser zu entsalzen?
Mit einem so geringen Prozentsatz des gesamten verfügbaren Wassers der Erde als Süßwasser fragen Sie sich vielleicht, ob es eine Möglichkeit gibt, das enorme Reservoir anderer Wasserquellen auf der Erde wie das Meer zu erschließen. Wie sich herausstellt, können wir dies, wenn auch mitgroßer Aufwand und Aufwand.
Derzeit gibt es mindestens drei Hauptmethoden zur Entsalzung :
- Thermische Entsalzung Destillation.
- Elektrische Entsalzung.
- Druckentsalzung Umkehrosmose.
Thermische Entsalzung auch bekannt als Destillation, ist bei weitem die älteste der drei und wird seit Tausenden von Jahren verwendet. Salzwasser wird gekocht, dann wird der Dampf abgekühlt und als frisches Wasser kondensiert, wobei die Salzkristalle im beheizten Gefäß zurückbleiben.
Diese Methode erfordert jedoch eine erhebliche Investition in Energie, um zu erreichen. Modernere Methoden laut Stanford University , " Verwenden Sie verschiedene Techniken wie Niederdruckbehälter, um die Siedetemperatur des Wassers und damit die zum Entsalzen erforderliche Energiemenge zu senken. "
Diese Form von Entsalzung wird häufig in Ländern wie dem Nahen Osten eingesetzt, wo die reichlich vorhandenen Kohlenwasserstoffressourcen dazu beitragen, die Kraftstoffkosten zu senken. Die thermische Entsalzung besteht in der Regel aus drei große thermische Großprozesse
Dies sind :
- Mehrstufige Flash-Destillation MSF.
- Multi-Effekt-Destillation MED.
- Dampfkompressionsdestillation VCD.
Es gibt auch eine andere thermische Methode: Solardestillation. Diese Methode wird normalerweise für sehr geringe Produktionsraten verwendet. Sie wird auch häufig zur Herstellung von Salz zum Essen verwendet, indem Meerwasser in flache Becken gegeben wird und darauf gewartet wird, dass das Süßwasser auf natürliche Weise verdunstet und das Meer zurückbleibtSalz.
Eine andere Möglichkeit, Salz aus dem Meerwasser zu entfernen, besteht darin, die Salze mit einer Membran abzutrennen. Dies kann entweder mit elektrischem Strom oder mit elektrischem Druck erreicht werden.
Auch diese Methoden werden hauptsächlich an Orten mit reichlich vorhandenen Energiequellen wie den USA angewendet.
Elektrische Entsalzung Ein Beispiel für eine membranbasierte Entsalzung verwendet elektrischen Strom, um die Salz- und Wassermoleküle zu trennen. Bei dieser Methode treibt ein elektrischer Strom Ionen über eine selektiv durchlässige Membran, die das Salz mit sich führt.
Eine selektiv durchlässige Membran ist eine Membran, durch die bestimmte Moleküle unter Ausschluss anderer hindurchtreten können. Synthetische oder polymere Membranen wurden für verschiedene Forschungs- und Industrieprozesse entwickelt.
Es gibt zwei Hauptmethoden zur Entsalzung elektrischer Membranen :
- Elektrodialyse ED.
- Umkehrung der Elektrodialyse EDR.
Beide Entsalzungsmethoden erfordern je nach Salzgehalt der Wasserquelle unterschiedliche Energiemengen. Sie eignen sich zwar für niedrigere Salzkonzentrationen, sind jedoch für die Verwendung mit Meerwasser viel zu energieintensiv.
Umkehrosmose ist eine andere Form der Entsalzung, bei der Wasser durch Druck durch eine selektiv durchlässige Membran getrieben wird. Dieser Prozess trennt wie die anderen das Salz aus der Lösung.
Angeblich ähnlich der elektrisch angetriebenen Entsalzung, die Die für die Umkehrosmose in großem Maßstab erforderliche Energiemenge hängt vom anfänglichen Salzgehalt des Wassers ab. Für Meerwasser bedeutet die erforderliche Energie, dass es in den meisten Situationen wirtschaftlich nicht rentabel ist.
als häufigste Form von Entsalzung Es könnte sich lohnen, diesen Prozess genauer zu untersuchen.
Was ist Umkehrosmose und funktioniert Umkehrosmose?
Wie bereits erwähnt Umkehrosmose ist ein Entsalzungsprozess, bei dem unter Druck Druck Wassermoleküle buchstäblich durch eine Membran drückt. Im Gegensatz zur regulären Filtration bei der bestimmte Verunreinigungen aufgrund ihrer Größe ausgeschlossen sind beinhaltet die Umkehrosmose die Diffusion von Lösungsmitteln über eine Membran, durch die nur Wasser hindurchtreten kann.
regelmäßig Osmose beinhaltet die natürliche Bewegung eines Lösungsmittels von einem Bereich mit niedriger Konzentration gelöster Stoffe hohes Wasserpotential zu hoher Konzentration gelöster Stoffe niedriges Wasserpotential, bis ein Gleichgewicht erreicht ist. Bei der Umkehrosmose wird, wie der Name schon sagt, Wasser aus einem hohen gelöstKonzentration des gelösten Speisewassers wie Meerwasser durch Druck, um den natürlichen Fluss des Lösungsmittels während der Osmose umzukehren.
Neben dem Druck ist die Verwendung einer selektiv durchlässigen Membran eine der Hauptkomponenten des Umkehrosmoseprozesses.
Diese Membran lässt bestimmte Partikel durch, hauptsächlich Wasser, und hinterlässt gelöste Stoffe wie Salz und andere Verunreinigungen. Bei der Umkehrosmose wird zu diesem Zweck eine Dünnschicht-Verbundmembran TFC oder TFM verwendet.
Diese Membranen werden hauptsächlich für Wasseraufbereitungs- und Entsalzungssysteme hergestellt. Sie haben auch bestimmte Eigenschaften, die sie für die Verwendung in bestimmten Batterien und Brennstoffzellen nützlich machen.
Diese Membranen bestehen im Allgemeinen aus zwei oder mehr Materialschichten. Entwickelt von Professor Sidney Loeb und Srinivasa Sourirajan, die semipermeablen anisotropen Membranen bestehen normalerweise aus Polyamiden.
Dieses Material hat einige sehr nützliche Eigenschaften, einschließlich seiner Affinität zu Wasser und seiner relativen Undurchlässigkeit für bestimmte gelöste Verunreinigungen wie Salzionen und andere kleine Moleküle.
In typischen Umkehrosmoseanlagen fließt Speisewasser unter hohem Druck durch ein konzentrisches Spiralmuster von Membranen, die abwechselnd Wasser und Verunreinigungen trennen, bevor das Wasser in einem Produktwasserrohr in der Mitte gesammelt wird. Für maximale Effizienz sind mehrere Membraneinheiten angeschlossenin Serie.
Könnte die Umwandlung von Meerwasser in Trinkwasser bei Wasserknappheit helfen?
Kurz gesagt, ja. Aber es ist mit erheblichen Kosten verbunden.
Mit der abnehmenden Verfügbarkeit von qualitativ hochwertigem Süßwasser wenden sich immer mehr Gemeinden der Entsalzung zu, um Trinkwasser aus Brack- und Salzwasser zu gewinnen. Bestehende Lösungen dienen dazu, das Wasser zu extrahieren und so viel Salz wie möglich zurückzulassen.
Aktuelle Technologien haben je nach Vor- und Nachteilen zu standortspezifischen Einschränkungen und Anforderungen. Während einige Methoden vielversprechend sind, ist eine stärkere technologische Entwicklung erforderlich, um die Produktion von Süßwasser in großem Maßstab rentabel zu machen.
Texas A & M University erklären Sie, dass "die Entsalzung von Brackwasser in kleinem Maßstab mit Solarstills eine vielversprechende Methode an abgelegenen Orten ist, an denen kein qualitativ hochwertiges Trink- und Kochwasser verfügbar ist. Für eine umfassendere Implementierung erfordern Entsalzungsprozesse technologische Verbesserungen und eine höhere Energieeffizienz."
Die Hauptblockade sind die Kosten der Prozesse - insbesondere der Energiebedarf, der zur Erzeugung von Frischwasser in großen Mengen erforderlich ist. Aus diesem Grund werden vorhandene Lösungen hauptsächlich in Regionen eingesetzt, in denen keine anderen Mittel zum Import von Süßwasser vorhanden sind, auf zivilen und militärischen Schiffen sowie in bestimmten Raumfahrzeugen.
Es gibt jedoch einige interessante Entwicklungen bei der Reduzierung der Prozesskosten. Vor einigen Jahren zum Beispiel Forscher an der Universität von Texas, Austin entwickelte eine innovative Alternative zu herkömmlichen Methoden.
Eine weitere vielversprechende Lösung heißt c apazitive Deionisierung und Batterieelektrodenentionisierung . Diese Lösungen sind jedoch derzeit bei weitem nicht kommerziell realisierbar.
Aber es sind nicht nur finanzielle Kosten. Bestehende Entsalzungsanlagen sind auch umweltschädlich.
Die meisten leiten direkt Meerwasser als Quellwasser ab, das Fische und andere kleine Meerestiere töten oder schädigen kann, wenn sich der Wasserstand um die Pflanze ändert. Der Prozess neigt auch dazu, stark salzhaltigen Abfall zu produzieren, der entsorgt werden muss.
Aus diesem Grund verwenden die meisten Entsalzungsanlagen eher Brackwasser als Meerwasser. Der Bau großer Entsalzungsanlagen ist ebenfalls teuer und kostet normalerweise irgendwo in der Region Hunderte von Millionen pro Stück
Allerdings investieren viele Unternehmen stark in die Technologie, mit einigen Orten wie Israel produziert bereits genug Wasser, um das halbe Land zu versorgen.
Für wasserarme Regionen bieten diese Pflanzenarten jedoch eine Art Versicherungspolice für die Wassersicherheit. Kalifornien zum Beispiel gibt es bereits Bau einer Reihe von Pflanzen .
Viele Experten glauben, dass die einzige Möglichkeit, eine umfassende Entsalzung praktikabel zu machen, die Einbeziehung ist. erneuerbare Energie Quellen, um sie mit Strom zu versorgen. Nur durch Senkung der relativen Betriebskosten werden sie wirtschaftlich rentabel.
Mit steigenden globalen Temperaturen und der zunehmenden Wahrscheinlichkeit von Dürren in vielen Teilen der Welt wird die Entsalzung wahrscheinlich häufiger auftreten. Wenn wir die Energiekosten und Umweltkosten des Prozesses überwinden können, kann die Entsalzung möglicherweise ein wichtiger Bestandteil werdender Lösung bei der Lösung von Wasserknappheit.