Naukowcy z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego zaproponowali nową metodę odsalania wody, która pozwala uniknąć wielu niepożądanych skutków ubocznych tradycyjnych technik odsalania i zmniejsza zapotrzebowanie na energię o około 80%.

Woda słodka staje się krytycznym problemem w wielu miejscach na świecie, a niektóre już korzystają z odsalania, czyli wydobywania słodkiej wody z wody oceanicznej.

Około jedna trzecia wszystkich zrzutów słodkiej wody jest obecnie wykorzystywana przez ludzi, a według prognoz do połowy stulecia liczba ta wzrośnie do połowy, zwłaszcza w regionach takich jak Izrael, miasto Meksyk, Indie, południowa Kalifornia i wiele innych. Prawdopodobnie dostępność wody będzie najpoważniejszym kryzysem, przed którym stanie ludzkość w tym stuleciu, a który pogłębi się w miarę topnienia pokrywy śnieżnej, zwiększania parowania z wód powierzchniowych, zmiany rozkładu i ilości opadów oraz zwiększania ilości wody zatrzymywanej w atmosferze.

Z raportu Banku Światowego z 2018 r. wynika, że ​​około 300 milionów ludzi w ponad 150 krajach na całym świecie korzysta z odsalania, którego koszt energii wynosi 3 kilowatogodziny na metr sześcienny (kWh/m³), co oznacza spadek 10-krotny od 1970 r. Mimo to odsalanie stanowi jedną czwartą energii wykorzystywanej do zaopatrzenia w wodę, co wymaga około 100 miliardów kilowatogodzin energii w 2018 r.

Dotychczasowe techniki odsalania obejmują albo metody oparte na materiałach, takie jak odwrócona osmoza, która wykorzystuje wysokie ciśnienie do oddzielenia cząsteczek w wodzie, albo metody termiczne, takie jak odparowanie wykorzystujące energię słoneczną lub odsalanie przez zamrażanie.

Jednak systemy te mogą wchłaniać i zabijać mniejsze organizmy oceaniczne pod wpływem ciepła, stresu lub środków chemicznych, albo przypinać większe organizmy morskie do ekranów wlotowych. Pozostawiają także solankę – wodę o bardzo wysokiej zawartości soli, przekraczającej 30% (woda oceaniczna zawiera około 30 do 35 gramów soli na kilogram wody, głównie NaCl), która jest odprowadzana z powrotem do oceanu, gdzie opada na dno i szkodzi ekosystemom.

Te tradycyjne instalacje odsalania wymagają drogich materiałów, które należy czyścić i konserwować, ponieważ są podatne na zanieczyszczanie membran, korozję i degradację, a także wymagają energii od 3 do 7 kWh/m³ do odwróconej osmozy i do 100 kWh/m³ dla innych metod. Nadają się do środowisk miejskich i przemysłowych, ale są zbyt duże i kosztowne dla krajów rozwijających się lub regionów wiejskich i odległych.

Nowa metoda opublikowana w Komunikacja przyrodnicza nie opiera się na energii elektrycznej, ale może wykorzystywać ciepło niskiej jakości pochodzące ze światła słonecznego lub ciepło będące produktem ubocznym procesu przemysłowego. Wykorzystuje termodyfuzję, zjawisko, w którym sól przenosi się na zimniejszą stronę płynnej zmiany temperatury (gradient temperatury) z gorącej do zimnej. Woda pozostaje przez cały czas w fazie ciekłej.

Prowadzone przez dr. kandydata Shuqi Xu, zespół badawczy przepchnął wodę morską przez wąski kanał pod górną płytę nagrzaną do ponad 60°C i przez dolną płytę schłodzoną do 20°C. Obie wartości temperatury płyt można wyodrębnić ze środowiska, jak omówiono powyżej. Z wód w górnej części kanału wyłoniły się wody o niskim zasoleniu, z dolnej części kanału wody o wysokim zasoleniu.

W układzie eksperymentalnym grupy kanał miał pół metra długości i jeden milimetr wysokości, a natężenie przepływu mieściło się w zakresie od 1 do 16 mililitrów na minutę.

Po jednorazowym przejściu przez kanał usuwano chłodniejszą, bardziej słoną wodę, a cieplejszą, mniej zasoloną wodę kierowano z powrotem przez kanał. Przy każdym przejściu zasolenie spadło o 3%. Po powtarzanych cyklach zasolenie wody morskiej można zmniejszyć z 30 000 części na milion (ppm) do mniej niż 500 ppm.

„Naszym marzeniem jest umożliwienie zmiany paradygmatu w technologii odsalania w oparciu o metody, które mogą być napędzane niskotemperaturowym ciepłem w otaczającym nas środowisku” – powiedział Juan Felipe Torres, profesor na Australian National University i główny badacz tych badań.

„Według naszej najlepszej wiedzy odsalanie termodyfuzyjne jest pierwszą metodą odsalania termicznego, która nie wymaga zmiany fazy. Działa całkowicie w fazie ciekłej, a co ważniejsze, nie wymaga membran ani innych typów pochłaniaczy jonów materiały do ​​oczyszczania wody.”

Odsalanie termodyfuzyjne jest wolne od zanieczyszczeń, „co może zmienić zasady gry w sposobie przeprowadzania odsalania na dużą skalę” – kontynuował Torres. Rolnictwo, które zużywa około 69% światowych zasobów słodkiej wody, potrzebuje wody odsolonej do około 95% jej wartości bazowej.

Od czasu sprawdzenia koncepcji grupa buduje obecnie większe, wielokanałowe urządzenie do odsalania wody morskiej do wykorzystania na wyspie Tonga na południowo-zachodnim Pacyfiku, dotkniętej poważną suszą. Tam urządzenie będzie zasilane z panelu słonecznego wielkości ludzkiej twarzy.

Torres uważa, że ​​odsalanie termodyfuzyjne ma kluczowe znaczenie dla krajów rozwijających się, z których wiele doświadcza najgorszych zmian klimatycznych, poprzez decentralizację procesu odsalania i zapewnienie bezpieczeństwa wodnego na tych obszarach.