Na jednego Polaka przypada około 1 600 m3 wody pitnej na rok, co przy średniej dla krajów UE wynoszącej około 4 500 m3/rok, jest wynikiem bardzo skromnym. Oczywiście nawet takie dysproporcje nie prognozują nam rychłego braku czystej wody do picia. W skali całej naszej planety sytuacja wygląda znacznie gorzej. Okazuje się, że każdego miesiąca z powodu chorób wywołanych brakiem dostępu do czystej wody umiera 1 000 dzieci. A szacunkowa liczba ludzi cierpiących na brak wody pitnej co najmniej jeden miesiąc w roku wynosi 4 miliardy.
Paradoksalne wydać może się to, że na planecie, której 72% powierzchni zajmuje woda, ludzie umierają z powodu jej braku. Główną przyczyną takiego stanu jest fakt, że 97% zasobów wody ziemskiej to woda morska i oceaniczna o znacznym stopniu zasolenie, niezdatna do bezpośredniego spożycia. Z pozostałych 3% duża część znajduje się w lodowcach. Więc realnie rzecz biorąc, jedynie około 0,6% całkowitych zasobów ziemskiej wody to dostępna woda słodka. A ta wartość już nie pozostawia złudzeń - wody brakuje i będzie brakować, jeśli nie znajdziemy skutecznej i taniej metody jej odsalania.
Obecnie na świecie 150 krajów prowadzi proces odsalania wody morskiej. Urządzenia wykorzystywane w tym procesie (różnymi technologiami) dostarczają prawie 86,8x106 m3 wody dziennie, zaspokajając potrzeby 300 mln ludzi. Skoro tak, to w czym tkwi problem?
Ta ilość wody nie wystarcza dla wszystkich potrzebujących, a ponadto jest energochłonna. Na tę ilość odsolonej wody zużywane jest dziennie 75TWh energii. Co stanowi ok. 0,4% dobowej globalnej produkcji energii elektrycznej. Zamieniając to na, znane nam z rachunków za energie elektryczną kilowatogodziny, będzie to: 75 000 000 000 kWh. Dla typowego Kowalskiego taka liczba kWh na rachunku za światło wywołałaby, co najmniej palpitację serca.
Skoro odsalanie jest tak kosztochłonne to bardzo ważne jest poszukiwanie technologii, które mogłyby zastąpić obecnie najczęściej używaną odwróconą osmozę (proces, w którym rozpuszczalnik z roztworu o wyższym stężeniu transportowany jest z wykorzystaniem półprzepuszczalnej membrany do roztworu o niższym stężeniu, kosztem przyłożonego wysokiego ciśnienia).
O jednej z takich technologii zaraportował w publikacji zespół naukowy z Uniwersytetu Rice z Huston. Technologia ta wykorzystuje specyficzną membranę, która potrafi w znacznym stopniu zaabsorbować promieniowanie słoneczne.
Proces destylacji membranowej polega na odparowywaniu podgrzanej słonej wody i jej kondensacji po stronie zimnej. Zasadniczą rolę w tym procesie odgrywa membrana, która nie pozwala na bezpośredni kontakt cieczy po obu jej stronach. Dodatkowo, rozmiar porów w membranie oraz jej hydrofobowość zapewniają przepuszczanie jedynie pary wodnej. Wydajność procesu będzie tym większa im większa będzie różnica temperatur wody po obu stronach membrany. To wymaga jednak dostarczenia energii i zwiększa koszty procesu.
Pomysł wykorzystania do podgrzania wody słonej ciepła odpadowego (np. z innych instalacji przemysłowych) lub promieniowania słonecznego nie jest nowy. jednakże Rozwiązanie zaproponowane przez zespół z Rice jest o tyle innowacyjny, że promieniowanie słoneczne pada bezpośrednio na membranę wywołując efekt termiczny powodujący odparowanie wody i zajście procesu.
Jak opisują autorzy, technologia pozwala w ciągu godziny uzyskać za pomocą membrany o powierzchni 1m2 ponad 5 dm3 wody, z której usunięto 99,5% soli. Czy to dużo? Porównując wydajność tej technologii z odwróconą osmozą, wynik może wydawać się dość ubogi. Jednakże nadmienić trzeba, że odwrócona osmoza przebiega w warunkach bardzo wysokiego ciśnienia, a to jest właśnie główny powód jej wysokich kosztów. Autorzy nadmieniają, że kolejnym etapem będzie przebudowa instalacji, umożliwiająca odzysk ciepła, co w znacznym stopniu poprawi jej wydajność.
Osoby chętne do dokładnego zgłębienia tematu odsyłam do publikacji zespołu z Rice (tutaj).: P.D.Dongare, et al., Nanophotonics-enabled solar membrane distillation for off-grid water purification, Proceedings of the National Academy of Sciences (2017), doi: 10.1073/pnas.1701835114
