Dlaczego odsalanie wody morskiej jest takie trudne?

Matka Natura bywa per­fid­na. Woda przy­kry­wa aż 2/3 planety, ale przez swoje zaso­le­nie pozo­sta­je ona zupeł­nie nie­zdat­na do spo­ży­cia. W efekcie na świecie wciąż nie brakuje obsza­rów wysu­szo­nych na wiór, choć poło­żo­nych nad brze­ga­mi bez­kre­snych oceanów. Logicz­nym roz­wią­za­niem ich kłopotu wydaje się uzdat­nie­nie wody mor­skiej, poprzez usu­nię­cie z niej nad­mia­ru soli. Nie jest to jednak tak proste przed­się­wzię­cie, jak mogłoby się wydawać.

A może by tak wodę odparować?

Od strony che­micz­nej i fizycz­nej nie ma tu żadnej prze­szko­dy. Już w sta­ro­żyt­no­ści Ary­sto­te­les opi­sy­wał doświad­cze­nie pole­ga­ją­ce na goto­wa­niu wody mor­skiej, aż do momentu jej wypa­ro­wa­nia. Grek dosko­na­le rozu­miał, że skoro sól pozo­sta­ła na dnie naczy­nia, to wilgoć unie­sio­na w postaci pary musi tworzyć czysta, słodka woda. Dziś ten banalny proces roz­dzie­la­nia skład­ni­ków mie­sza­ni­ny nazy­wa­my destylacją.

Rzecz jasna desa­li­na­cja (czyli odso­le­nie) na skalę prze­my­sło­wą, wymaga napraw­dę dużej desty­lar­ni. Więk­szość przy­byt­ków tego rodzaju składa się z szeregu zbior­ni­ków, utrzy­mu­ją­cych wodę w wyso­kiej tem­pe­ra­tu­rze (powyżej 100°C) oraz pod wysokim ciśnie­niem. Woda wpływa do komory, nagrze­wa się, paruje, wznosi i skrapla w kon­tak­cie z chłod­ny­mi rurami (dopro­wa­dza­ją­cy­mi wodę morską), opa­da­jąc do rynny. Ta pro­wa­dzi do kolej­nej komory, gdzie proces jest powta­rza­ny. I tak kilka, kil­ka­na­ście razy, aż woda nie zosta­nie niemal cał­ko­wi­cie uwol­nio­na od czą­ste­czek soli.

Dlaczego nie stawiamy destylarni w każdym mieście?

Jak nie wiadomo o co chodzi, to chodzi o energię. I o pie­nią­dze, bo energia kosz­tu­je. Desty­la­cja pochła­nia­ło­by przy­naj­mniej dzie­się­cio­krot­nie więcej prądu od jakie­go­kol­wiek kon­wen­cjo­nal­ne­go sposobu pozy­ski­wa­nia wody. Zakład tego rodzaju zdolny do obro­bie­nia 350 milio­nów litrów wody – tyle zuży­wa­ją każdej doby miesz­kań­cy War­sza­wy – potrze­bo­wał­by nie­mal­że własnej elektrowni.

Nowo­cze­śniej­szą i nieco oszczęd­niej­szą metodą jest odwró­co­na osmoza. To zja­wi­sko pod­pa­trzo­ne w przy­ro­dzie, gdzie pół­prze­pusz­czal­ne błony roz­dzie­la­ją dwa roz­two­ry, zwięk­sza­jąc różnicę stężeń pomię­dzy nimi. Dla uprosz­cze­nia można powie­dzieć, że to taka hiper­do­kład­na fil­tra­cja, pole­ga­ją­ca na prze­py­cha­niu wody przez mem­bra­nę, która prze­pu­ści na drugą stronę mole­ku­ły H₂O, ale już nie czą­stecz­ki soli.

Zauważ przy okazji, że to całkiem niezłe osią­gnię­cie inży­nie­ryj­ne! Mówimy o fil­tro­wa­niu na pozio­mie miliar­do­wych części metra: mate­riał musi prze­pusz­czać czą­stecz­ki wody o śred­ni­cy około 0,3 nano­me­tra, ale jed­no­cze­śnie zatrzy­my­wać czą­stecz­ki chlorku sodu o roz­mia­rach 0,7 nm. Pory takiej mem­bra­ny są zatem ponad tysiąc razy mniej­sze od bak­te­rii E. coli i przy­naj­mniej sto razy mniej­sze od wirusa grypy.

Pomysł stał się realną alter­na­ty­wą dla desty­la­cji w drugiej połowie XX wieku, kiedy opra­co­wa­no pierw­sze syn­te­tycz­ne mate­ria­ły umoż­li­wia­ją­ce prze­pro­wa­dze­nie odwró­co­nej osmozy. Uży­wa­jąc ich w 1977 roku na Flo­ry­dzie otwo­rzo­no pierw­szy tego rodzaju zakład odsa­la­nia, zdolny do dostar­cze­nia miesz­kań­com ponad 11 milio­nów litrów wody dzien­nie. Metoda okazała się na tyle sku­tecz­na, że w ciągu dekady powsta­ło dwa tysiące podob­nych ośrod­ków na całym świecie, a dziś ist­nie­je ich już ponad szes­na­ście tysięcy.

Odsalanie wody jest więc powszechne?

Nie. Biorąc pod uwagę zapo­trze­bo­wa­nie na pitną wodę w Afryce i Azji, nale­ża­ło­by wznieść całe miliony podob­nych zakła­dów. Prze­szko­da pozo­sta­je dokład­nie ta sama: koszt ener­ge­tycz­ny. Mimo, że osmoza jest mniej więcej o połowę tańsza od pry­mi­tyw­nej desty­la­cji ter­micz­nej, prze­pom­po­wy­wa­nie wody pod dużym ciśnie­niem przez system membran nadal pochła­nia mnóstwo energii. Prze­two­rze­nie jednego metra sze­ścien­ne­go wody (tysiąca litrów) wymaga średnio 4 kilo­wa­to­go­dzin. Gdy­by­śmy chcieli tylko w ten sposób zaopa­try­wać War­sza­wę, zuży­wa­li­by­śmy codzien­nie 1,4 mln kWh – więcej niż potrze­ba do zasi­le­nia ćwierć miliona gospo­darstw domowych.

Efekt widać w rachun­kach. W Hisz­pa­nii – będącej euro­pej­skim liderem posia­da­ją­cym osiem­set zakła­dów desty­la­cji oraz osmozy – cena odso­lo­nej wody jest średnio o 50% wyższa od tej wydo­by­wa­nej w sposób konwencjonalny.

Wszyst­ko to sprawia, że choć jako ludz­kość posia­da­my wiedzę pozwa­la­ją­cą na masowe odsa­la­nie wody mor­skiej, tech­no­lo­gia pozo­sta­je wciąż na tyle kosz­tow­na, że na dużą skalę korzy­sta­ją z niej przede wszyst­kim zamożne, śpiące na petro­do­la­rach państwa Bli­skie­go Wschodu. Aż osiem spośród dzie­się­ciu naj­więk­szych insta­la­cji tego rodzaju działa obecnie na Pół­wy­spie Arab­skim. Wśród nich rekor­do­wy jest zakład Ras Al-Khair na wschod­nim wybrze­żu Arabii Sau­dyj­skiej, zdolny do prze­two­rze­nia ponad miliar­da litrów wody dziennie.

Jed­no­cze­śnie takie kraje jak Erytrea, Uganda, Etiopia, Somalia, czy Angola – według raportu Wate­rA­id naj­moc­niej cier­pią­ce przez nie­do­sta­tek wody – mogą wyłącz­nie poma­rzyć o podob­nych inwestycjach.

A TAK W OGÓLE TO… Od XVII wieku urzą­dze­nia do desty­la­cji dało się spotkać na pokła­dach nie­któ­rych statków. Jak już wiesz odsa­la­nie wymaga ogromu energii (a więc paliwa), a nieduże okrę­to­we insta­la­cje były w stanie prze­two­rzyć co naj­wy­żej kilka litrów na dobę. Z tego powodu desty­la­cja nigdy nie sta­no­wi­ła głów­ne­go źródła wody dla załogi. Była raczej rodza­jem zabez­pie­cze­nia, na wypadek opróż­nie­nia (lub zepsu­cia) zawar­to­ści beczek i prze­dłu­ża­ją­ce­go się braku deszczu.