نمک‌زدایی ممکن است کلیدی برای جلوگیری از کمبود آب جهانی باشد، اما زمان می‌برد

2 سپتامبر 2022 – نوشته کیران توتا-ماهاراج

خاورمیانه به عنوان کم آب ترین منطقه روی کره زمین، به ویژه به فناوری نمک زدایی وابسته است. اعتبار: ماکسیم پتریچوک/Shutterstock

آب شیرین تمیز برای حفظ زندگی انسان حیاتی است. با این حال، 1.1 میلیارد نفر در سراسر جهان به آن دسترسی ندارند. نمک زدایی روشی رو به افزایش برای رسیدگی به این موضوع است.

نمک زدایی فرآیند استخراج نمک از آب شور برای قابل شرب کردن است. دو نوع اصلی نمک زدایی وجود دارد.

در اولی که نمک‌زدایی حرارتی نامیده می‌شود، از گرما استفاده می‌شود. این بخار آب تولید می کند که روی لوله ها به آب شیرین تبدیل می شود. این فرآیند در سراسر خاورمیانه، جایی که تقریباً نیمی از آب شیرین‌شده جهان تولید می‌شود، همچنان غالب است.

فرآیند دوم نمک زدایی غشایی است که معمولاً اسمز معکوس نامیده می شود. این فرآیند در 60 درصد گیاهان در سراسر جهان استفاده می شود. آب شور تحت فشار بالا از طریق یک غشای نیمه تراوا که منافذ آن برای عبور مولکول های نمک بسیار کوچک است، وارد می شود.

نمک زدایی در کجا استفاده می شود؟

نمک زدایی برای گسترش منابع آب آشامیدنی فراتر از آنچه به طور طبیعی در دسترس است استفاده می شود. بنابراین مناطق کم‌آب به‌ویژه به این فناوری وابسته هستند. نمک زدایی 42 درصد از آب مورد نیاز امارات متحده عربی را تامین می کند.

به دلیل حداقل هزینه پمپاژ، نمک زدایی در مکان های بزرگ ساحلی مقرون به صرفه است. با این حال، آب و هوای در حال تغییر ما به افزایش کمبود آب در مناطق معمولاً معتدل کمک می‌کند و نیاز به گسترش کارخانه‌های نمک‌زدایی بیشتر در داخل و از آب‌های شور دارد. چین، ایالات متحده و آمریکای جنوبی همگی در حال افزایش ظرفیت نمک‌زدایی خود هستند.در حالی که نمک‌زدایی ممکن است یک فناوری برای مقابله با کمبود آب جهانی باشد، مسائلی در مورد هزینه و کارایی آن وجود دارد.

چرا نمک زدایی تا این حد گران است؟

مقادیر زیادی انرژی برای هدایت فرآیند مورد نیاز است. این امر به ویژه در مورد نمک زدایی حرارتی صادق است، جایی که هزینه های انرژی تا نیمی از کل هزینه تولید یک کارخانه را تشکیل می دهد.

فرآیند اسمز معکوس به طور کلی نیاز به انرژی کمتری دارد. با این حال، تصفیه آب بسیار شور همچنان انرژی بر است. این امر به این دلیل است که شوری بالاتر به این معنی است که فشار بیشتری برای عبور آب از غشا لازم است.

منابع آب به شدت آلوده نیز باید قبل از نمک‌زدایی تصفیه شوند و به زیرساخت‌های پرهزینه مانند مخازن رسوب‌گذاری و سیستم‌های فیلتراسیون نیاز دارند. درمان از تجمع زباله ها بر روی سطوح غشایی که ممکن است فرآیند اسمز معکوس را مختل کند، جلوگیری می کند.

با افزایش اتکا به نمک‌زدایی و اعمال این فرآیند برای منابع آب شور و آلوده داخلی، هزینه‌های تصفیه افزایش می‌یابد. کالیفرنیا در مواجهه با آب و هوای خشک فزاینده ای، اکنون دارای 23 کارخانه نمک زدایی است که آب شور را به آب آشامیدنی تبدیل می کند.

با تولید یک لیتر آب آشامیدنی، 1.6 لیتر آب نمک نیز تولید می شود که یک محصول زاید بسیار شور است که می تواند به محیط زیست آسیب برساند. رسوبات آب نمک در کف دریا می تواند منجر به تخریب اکوسیستم های دریایی شود، در حالی که تخلیه آب نمک باعث کاهش محتوای اکسیژن آب دریا می شود.

دفع ایمن آب نمک گران است. بیشتر آب نمکی که تولید می شود، با رعایت استانداردهای کیفیت زیست محیطی به دریا بازگردانده می شود. اگر این آب نمک مطابق این استانداردها نباشد، نیاز به دوره بیشتری دارد.

آب نمک را می توان در حوضچه های تبخیر تصفیه کرد یا قبل از تخلیه با یک منبع آب جداگانه رقیق کرد. هزینه گزاف تصفیه آب نمک مانع مهمی برای کاربرد گسترده تر نمک زدایی است.

آیا نمک زدایی می تواند ارزان تر شود؟

کاهش شدت انرژی فرآیند ممکن است باعث کاهش قابل توجه هزینه شود. فن آوری هایی مانند اسمز رو به جلو، که اجازه می دهد نمک زدایی در دماها و فشارهای پایین تر اتفاق بیفتد، در حال توسعه هستند.

اگرچه این فناوری‌ها امیدوارکننده هستند، اما در مراحل ابتدایی خود باقی می‌مانند. بازار کوچک است و تأسیسات تجاری کمی در آن وجود دارد. تکامل فن آوری زمان می برد و برای اطمینان از اینکه این فرآیندها می توانند آب آشامیدنی را در مقیاس تجاری تولید کنند، توسعه بیشتری لازم است.

توسعه غشاهای بادوام تر نیز هزینه نمک زدایی را کاهش می دهد. با استفاده از مواد مختلف، تولیدکنندگان ژاپنی غشاهایی ساخته اند که با موفقیت ذرات نمک را در فشارهای عملیاتی پایین دفع می کند. این امر هم هزینه جایگزینی غشاها و هم انرژی مورد نیاز فرآیند را کاهش می دهد.

نمک‌زدایی همچنین می‌تواند توسط منابع ارزان‌تر انرژی تجدیدپذیر تامین شود. فن‌آوری‌های حرارتی خورشیدی می‌توانند گرمای مستقیم تولید کنند و سپس می‌توان از آن برای تبخیر آب دریا استفاده کرد. کارخانه آب شیرین کن خورشیدی متیتو در حال ساخت در عربستان سعودی در ابتدا ظرفیت تولید 30000 متر مکعب وات شرب را خواهد داشت.