Cirka 70 procent av världen är vatten, men så lite kan faktiskt användas eftersom det mesta är saltvatten. Hemera/Thinkstock Att reducera saltvatten till dess grundläggande element-salt och vatten-är så enkelt att det har blivit en vetenskaplig lektion för första klassarna. Faktiskt, en "solstilla" kan förvandla saltvatten till färskt vatten på bara några dagar. Fyll helt enkelt en stor skål med saltvatten och ställ ett tomt glas i mitten. Täck sedan skålen - tomt glas och allt - med plastfolie som har ett litet hål i mitten. Ställ utrustningen i direkt solljus, och titta på vattencykeln på jobbet:Saltvattnet avdunstar, lämnar saltkristaller bakom sig, och skapar kondens som stiger, samlas på plastmembranet och droppar ner i det tomma glaset. Det resulterande färska vattnet är tillräckligt bra för att dricka [källa:Williams].
Men varför ta bort salt i första hand? Visar sig, att dricka saltvatten kan döda dig. Att få i sig salt signalerar dina celler att spola vattenmolekyler för att späda ut mineralet. För mycket salt, och denna process kan orsaka en riktigt dålig kedjereaktion:Dina celler kommer att tömmas på fukt, dina njurar stängs av och din hjärna skadas. Det enda sättet att kompensera detta inre kaos är att urinera med större frekvens för att slänga ut allt salt, en åtgärd som bara kan fungera om du har tillgång till mycket färskt dricksvatten [källa:Thompson].
Människor-särskilt de i vattenhungrade delar av världen-har letat efter sötvattenlösningar i århundraden. Det visar sig att samma människor som byggde gigantiska sfinxer och körde hästvagnar också törstade efter ren, rent vatten [källa:Jesperson]. Även i modern tid, hela befolkningen kämpar med en grym ironi; de är omgivna av saltvatten, men saknar dricksvatten. Bristen leder ibland till dödliga konflikter. År 2009, åskådare dödade en familj i torktrött Indien för att ha samlat vatten från en kommunal brunn innan det torkade [källa:Pacific Institute].
Men vad händer om en riklig tillgång till färskvatten kan skapas från saltvatten? En storskalig avsaltningsoperation-med principer som liknar ett enkelt klassrumsprojekt-kan förändra världen. På nästa sida, vi ska utforska varför det inte alltid är så lätt att förvandla saltvatten till dricksvatten.
Innehåll
Det finns mer än ett sätt att skilja salt från vatten, men nästan 90 procent av tiden, endast en av två metoder används:flerstegsblixt och omvänd osmos [källa:WorldPumps.com].
Kommer du ihåg varför det är så dåligt att dricka saltvatten? När dina celler passerar vatten genom det yttre membranet för att hålla dig från att dehydrera, osmos förekommer. Genom att flytta vattnet genom membranet, cellen försöker utjämna sin höga interna saltkoncentration med en låg extern saltkoncentration. Det kallas osmos. Omvänd osmos uppstår när, till exempel, du lägger saltvatten på ena sidan av ett halvgenomsläppligt membran och tryck förflyttar vattenmolekylerna genom filtreringsmembranet när de större molekylerna-inklusive saltmolekyler-stannar kvar. För salt havs- eller havsvatten, ett stort tryck krävs för att flytta vattnet genom ett filter, där varje por är bara en bråkdel av storleken på ett människohår [källa:American Chemical Society]. Det betyder att en serie pumpar vanligtvis är i spel, allt utövar tryck på vattnet [källa:WorldPumps.com].
Till skillnad från omvänd osmos, som förlitar sig på ett membran för att filtrera bort saltmolekyler, de flerstegsblixt metoden använder värme för att omvandla saltvatten till sötvatten. Varför ett så ovanligt namn? "Flash" avser att snabbt koka upp vattnet, och detta händer flera gånger, eller i etapper. När saltvattnet kommer in i varje steg i omvandlingsenheten, den utsätts för externt ångvärme och tryck. Under varje etapp, vattenånga bildas och samlas upp. Denna vattenånga är färskt vatten och det kvarvarande saltiga koncentratet kallas saltlösning. Vid flerstegs blixtdestillation - som vid omvänd osmos - tillsätts vanligtvis inte kemikalier eller vattenmjukgörande medel [källa:Organisation av amerikanska stater].
Så om avsaltning är möjlig, varför släcker inte storskaliga växter världens törst efter sötvatten? Endast cirka 15 miljarder gallon-två tiondelar av en procent av färskvattnet som konsumeras runt om i världen varje dag-är avsaltat saltvatten [källa:Schirber]. På nästa sida, vi ska utforska var den senaste generationen saltvattenomvandlare dyker upp.
Avsaltning från Aristoteles till den amerikanska flottanRedan 350 f.Kr. den grekiske filosofen Aristoteles tänkte mycket på att ta bort salt från vatten med hjälp av en serie filter [källa:Aristoteles]. Vid 1700 -talet, den amerikanska marinen använde regelbundet solstiller för att skapa färskvatten, och de efterföljande decennierna inträffade stillbilder inbyggda i ombordspisar. Under andra världskriget, avsaltningen tog ytterligare ett språng:den amerikanska marinen konstruerade en landbaserad destilleri på en ö i Stilla havet som slog ut cirka 55, 000 liter färskvatten om dagen - mer än att fördubbla produktionen från alla befintliga destillerier i världen [källa:U.S. Congress].
Vatten täcker minst 70 procent av världens yta. Men 97 procent av den är för salt för att dricka [källa:Frederick]. Detta, i kombination med ojämlikheter i vattenfördelning och geografisk tillgänglighet, betyder att vattenbrist är verklighet för många människor. Faktiskt, brist på vatten drabbar fyra av tio människor i världen [källa:Världshälsoorganisationen]. Det kan ha allvarliga hälsokonsekvenser av att inte ha tillräckligt med vatten. Ibland betyder det att människor får sitt vatten från förorenade källor. Vatten av dålig kvalitet kan sprida sjukdomar som kolera, tyfus eller salmonella [källa:Världshälsoorganisationen].
Att förvandla bräckt eller saltvatten till sötvatten kan påverka både de magra vattenrationerna och den ständigt ökande efterfrågan. Detta gäller särskilt för vissa kustsamhällen i USA som kämpar med sötvattenbrist [källa:California Ocean Resources Program]. Dessutom, avsaltningsanläggningar kan ge en tillförlitlig vattenkälla även när en torka är på gång.
År 2009, det var fler än 1, 400 avsaltningsanläggningar som verkar i världen, producerar mer än 15 miljarder liter vatten per dag. Ytterligare 244 anläggningar är under uppbyggnad, många av dem i Mellanöstern [källa:International Desalination Association]. Dock, världens största avsaltningsanläggning för omvänd osmos, som öppnade maj 2010, ligger på Israels Medelhavskust [källa:Dow]. Och, bygget pågår i Carlsbad, Kalifornien, för att skapa västra halvklotets största avsaltningsanläggning, beräknas producera 50 miljoner liter dricksvatten varje dag [källa:Poseidon].
Fortfarande, det finns ofta en allmän uppfattning att avsaltat vatten inte smakar gott och inte är bra för dig. I Israel, till exempel, många människor är alltmer ovilliga att dricka avsaltat kranvatten på grund av hälsoproblem [källa:Mizroch]. Men avsaltat vatten - direkt från kranen - är i allmänhet säkert att dricka. En studie i Saudiarabien, till exempel, fann inga signifikanta skillnader mellan avsaltat vatten som serveras på kran och vatten på flaska - förutom det faktum att avsaltat kranvatten inte lämnar tomma plastflaskor bakom [källa:Ahmad].
Men tänk om det var möjligt att bära en bärbar avsaltningsanordning för att producera din egen personliga tillgång till färskt dricksvatten? Idén kanske inte är så långsökt som du tror.
Salt och så mycket merSäker, du kan förvänta dig att avsaltningsprocessen tar bort salt från havsvatten. Men visste du att städningen inte stannar där? Avsaltning - oavsett metod - tar också bort organiska eller biologiska kemiska föreningar, i slutändan producerar högkvalitativt dricksvatten som inte överför diarré eller andra sjukdomar. Detta är viktigt eftersom nästan 4, 000 barn dör varje dag i utvecklingsländer av sjukdomar kopplade till förorenat dricksvatten [källa:Hull].
I takt med att antalet avsaltningsanläggningar världen över fortsätter att öka, så gör oro över att utveckla ny teknik för att driva växterna. För närvarande, storskaliga avsaltningsinsatser kräver mycket energi för att fungera och är ofta underhållsrika, tack vare massor av arbetsdelar som membran som tenderar att fela ofta [källa:Schirber].
Kostnader är ett annat problem:Under de senaste fem decennierna har offentliga och privata investeringar för att utveckla avsaltningsteknik har nått mer än en miljard dollar världen över. Och även med de framsteg som har gjorts, tanken på att avsaltning skulle avskaffa vattenbrist är långt ifrån verkligheten. Och det är för att det fortfarande är riktigt, riktigt dyrt att planera, bygga och hantera avsaltningsanläggningar [källa:Water Science and Technology Board]. Faktiskt, den genomsnittliga kostnaden för att vända en tunnland-cirka 325, 000 liter - saltvatten i sötvatten varierar från $ 800 till $ 1, 400 och kräver en betydande mängd energi [källa:American Chemical Society].
Att producera färskvatten med omvänd osmos kostar ungefär en tredjedel mindre än flerstegsblixt, till stor del på grund av kostnaderna för den värmeenergi som används av den senare metoden i kokprocessen [källa:Water Science and Technology Board]. Tyvärr, båda processerna - som med alla avsaltningstekniker - skapar saltlösning. Denna biprodukt av avsaltat vatten innehåller höga halter salt och när den släpps tillbaka i en naturlig vattenkälla, kan orsaka skador på marint liv. Det beror på att saltlake, som vanligtvis är tätare än vattnet i vilket det släpps ut, lägger sig ovanpå lågt liggande sediment där det tömmer omgivande syrevatten [källa:University of Texas i Austin].
Dessa kostnads- och miljöhänsyn är alla en del av nästa omgång förbättringar av avsaltningsteknik och processer. Lätta bärbara avsaltningsanordningar utvecklas av forskare i Korea och vid Massachusetts Institute of Technology. Enheterna producerar tillräckligt med färskvatten för att stödja flera personer. Processen använder gravitation - helt enkelt häll saltvatten i toppen av enheten - för att ta bort salt och andra sediment med 1, 600 filter [källa:MIT].
Liksom dessa soldrivna bärbara enheter, storskaliga växter för omvänd osmos, även om det fortfarande är i planeringsstadiet, kan också kraftigt minska avsaltningsanläggningarnas beroende av fossila bränslen. Faktiskt, National Science Foundation beviljade 2,5 miljoner dollar till ett team av experter vid University of Michigan som studerade solenergins inverkan på avsaltningsteknik [källa:Richard]. Förutom statliga medel i USA och utomlands, privata finansieringskällor börjar uppmärksamma utvecklingen av effektivare avsaltningsinsatser. En sak är säker:Om avsaltningsprocessen förbättras, det kan ha potential att förändra hela vattenfattiga regioner till det bättre.
Släck törsten efter ännu mer information om vatten genom att utforska länkarna på nästa sida.
