Ulimwengu unaozidi kusisitizwa na maji unachukua sura mpya juu ya kuondoa chumvi. Inaonekana ni rahisi kutosha: Chukua chumvi nje ya maji ili iweze kunywa.

Lakini ni ngumu zaidi kuliko inavyoonekana kwa mtazamo wa kwanza. Pia inazidi kuwa muhimu katika ulimwengu ambao rasilimali za maji safi zinaendelea kusumbuliwa na ukuaji wa idadi ya watu, maendeleo, ukame, mabadiliko ya hali ya hewa na zaidi. Ndio sababu watafiti na kampuni kutoka Merika kwenda Australia wanapanga vizuri wazo la zamani la karne ambayo inaweza kuwa siku zijazo za kumaliza kiu cha ulimwengu.

"Linapokuja suala la kuongezeka kwa usambazaji wa maji, una chaguzi nne: Ongeza matumizi yako mengi, ongeza uhifadhi, uhifadhi au ugeukie chanzo kipya," anasema Tom Pankratz, mshauri wa kuondoa maji kwenye meno na mhariri wa sasa wa chapisho la biashara la kila wiki Ripoti ya Utoaji Maji Maji. "Na kwa maeneo mengi ulimwenguni, chanzo kipya tu ni kuondoa maji kwenye chumvi."

Mchakato wa gharama kubwa

Teknolojia ya kukata maji imekuwa karibu kwa karne nyingi. Katika Mashariki ya Kati, watu kwa muda mrefu wamevukiza maji ya chini ya ardhi au maji ya bahari, halafu walibadilisha mvuke kutoa maji yasiyo na chumvi ya kunywa au, wakati mwingine, kwa umwagiliaji wa kilimo.

Kwa muda mchakato umekuwa wa kisasa zaidi. Vifaa vingi vya kisasa vya kuondoa taya maji hutumia osmosis inayobadilika, ambayo maji hupigwa kwa shinikizo kubwa kupitia utando usioweza kupukutika ambao huondoa chumvi na madini mengine.

Ulimwenguni kote watu wapatao milioni 300 hupata maji safi kutoka kwa mimea zaidi ya 17,000 ya kusafisha maji katika nchi 150. Nchi za Mashariki ya Kati zimetawala soko hilo kwa sababu ya hitaji na upatikanaji wa nishati, lakini kwa vitisho vya uhaba wa maji safi kuenea ulimwenguni kote, wengine wanajiunga haraka na safu zao. Uwezo wa viwanda unakua juu ya asilimia 8 kwa mwaka, kulingana na Randy Truby, mdhibiti na rais wa zamani wa Chama cha kimataifa cha Desalination, kikundi cha tasnia, kilicho na "shughuli nyingi" katika maeneo kama vile Australia na Singapore.

Nchini Merika, mmea wa dola bilioni 1 unajengwa huko Carlsbad, Calif., Ili kutoa karibu asilimia 7 ya mahitaji ya maji ya kunywa kwa mkoa wa San Diego. Wakati inakwenda mkondoni mwishoni mwa 2015 itakuwa kubwa zaidi Amerika Kaskazini, na uwezo wa lita milioni 50 kwa siku. Na California hivi sasa ina mapendekezo kama 16 ya mmea wa kusafisha maji kwenye kazi.

Maji mengi Duniani hupatikana katika bahari na miili mingine ya maji ya chumvi.

Lakini kuondoa maji kwenye chumvi ni ghali. Galoni elfu za maji safi kutoka kwa mmea wa kusafisha maji hugharimu wastani wa watumiaji wa Amerika $ 2.50 hadi $ 5, Pankratz anasema, ikilinganishwa na $ 2 kwa maji safi ya kawaida.

Pia ni nguruwe ya nishati: mimea ya kusafisha maji ulimwenguni hutumia zaidi ya masaa milioni 200 ya kilowatt kila siku, na gharama za nishati inakadiriwa asilimia 55 ya gharama za jumla za operesheni na matengenezo ya mimea. Inachukua mimea zaidi ya osmosis inayobadilika juu ya masaa 3 hadi 10 ya nishati ili kutoa mita moja ya ujazo ya maji safi kutoka kwa maji ya bahari. Mimea ya matibabu ya maji ya kunywa kawaida hutumia chini ya kWh 1 kwa kila mita ya ujazo.

Na inaweza kusababisha shida za mazingira, kutoka kwa kuhamisha viumbe wanaoishi baharini hadi kubadilisha vibaya viwango vya chumvi karibu nao.

Utafiti katika safu ya uboreshaji wa utakaso wa maji ya bahari unaendelea ili kufanya mchakato kuwa wa bei rahisi na rafiki wa mazingira - pamoja na kupunguza utegemezi wa nishati inayotokana na mafuta, ambayo huendeleza mzunguko mbaya kwa kuchangia mabadiliko ya hali ya hewa ambayo yanachangia uhaba wa maji safi hapo kwanza.

Kuboresha Utando

Wataalam wengi wanasema kuwa reverse osmosis ni bora kama itakavyopata. Lakini watafiti wengine wanajaribu kubana zaidi kwa kuboresha utando uliotumiwa kutenganisha chumvi na maji.

Utando uliotumika sasa kwa kusafisha maji kwa mchanga ni filamu nyembamba za polyamide zilizowekwa ndani ya bomba la mashimo ambalo maji hutiririka. Njia moja ya kuokoa nishati ni kuongeza kipenyo cha utando, ambayo inahusiana moja kwa moja na ni kiasi gani cha maji safi wanayoweza kutengeneza. Makampuni yanazidi kusonga kutoka kwa utando wa kipenyo cha inchi 8 hadi 16-inchi, ambazo zina eneo lenye kazi mara nne.

"Unaweza kutoa maji zaidi wakati unapunguza alama ya vifaa," anasema Harold Fravel Jr., mkurugenzi mtendaji wa Chama cha Teknolojia ya utando wa Amerika, shirika ambalo linaendeleza matumizi ya mifumo ya kusafisha maji.

Utafiti mwingi wa membrane unazingatia nanomaterials - vifaa karibu mara 100,000 kuliko kipenyo cha nywele za mwanadamu. Watafiti wa Taasisi ya Teknolojia ya Massachusetts waliripoti mnamo 2012 kwamba utando uliotengenezwa kwa karatasi yenye atomi moja ya atomi za kaboni iitwayo graphene inaweza kufanya kazi vile vile na inahitaji shinikizo kidogo kusukuma maji kupitia polyamide, ambayo ni karibu mara elfu. Shinikizo kidogo linamaanisha nguvu ndogo ya kuendesha mfumo, na, kwa hivyo, bili za chini za nishati.

Graphene sio tu ya kudumu na nyembamba sana, lakini, tofauti na polyamide, sio nyeti kwa misombo ya matibabu ya maji kama klorini. Mnamo 2013, Lockheed Martin aliweka hati miliki ya utando wa Perforene, ambayo ni atomi moja yenye mashimo madogo ya kutosha kunasa chumvi na madini mengine lakini ambayo huruhusu maji kupita.

Suluhisho lingine maarufu la nanomaterial ni nanotubes ya kaboni, anasema Philip Davies, mtafiti wa Chuo Kikuu cha Aston ambaye ni mtaalamu wa mifumo inayofaa ya nishati kwa matibabu ya maji. Nanotubes ya kaboni inavutia kwa sababu sawa na graphene - nyenzo zenye nguvu, za kudumu zilizowekwa kwenye kifurushi kidogo - na zinaweza kunyonya zaidi ya asilimia 400 ya uzito wao kwenye chumvi.

Utando lazima ubadilishwe nje, kwa hivyo uimara wa kaboni nanotubes na kiwango cha juu cha kunyonya inaweza kupunguza masafa ya uingizwaji, kuokoa muda na pesa.

Teknolojia ya utando "inasikika ikiwa ya kupendeza, lakini sio rahisi," Pankratz anasema. "Kuna changamoto za uhandisi wakati wa kutengeneza kitu nyembamba sana ambacho bado kinadumisha uadilifu."

Graphene na nanotubes kaboni ziko mbali kwa matumizi ya kuenea, anasema Wendell Ela, profesa wa uhandisi wa kemikali na uhandisi wa mazingira wa Chuo Kikuu cha Arizona. "Ninawaona wana athari, lakini ni njia za kutoka."

Truby alisema vizuizi vya kibiashara ni pamoja na uhandisi vifaa vile vidogo na kufanya utando mpya uendane na mimea na miundombinu ya sasa.

"Itakuwa muhimu kuboresha mifumo bila kuibomoa na kujenga mmea mpya kabisa," anasema.

Mbele Osmosis

Wengine wanaangalia zaidi ya osmosis ya nyuma kwenda kwa mchakato mwingine unaojulikana kama mbele osmosis. Katika osmosis ya mbele, maji ya bahari huingizwa kwenye mfumo na suluhisho iliyo na chumvi na gesi, ambayo huunda tofauti kubwa ya shinikizo la osmotic kati ya suluhisho. Suluhisho hupita kwenye utando pamoja, na kuacha chumvi nyuma.

Ela anasema mbele osmosis "labda itakuwa na ufanisi zaidi kama matibabu ya mapema na sio kama matibabu ya kusimama peke yake kwenye mimea ya kibiashara ya bahari" kwa sababu osmosis ya nyuma hufanya vizuri kwa kiwango kikubwa. Kama matibabu ya mapema, osmosis ya mbele inaweza kurefusha maisha ya utando wa osmosis na kukuza afya ya jumla ya mfumo kwa kupunguza viuatilifu vinavyohitajika na chaguzi zingine za matibabu ya mapema.

Mchakato unapaswa kutumia nishati kidogo kuliko kubadili osmosis, Ela anasema, kwani inaendeshwa na thermodynamics. Lakini mwisho wa msimu wa joto wanasayansi wa MIT waliripoti kwamba osmosis ya mbele kwa kuondoa chumvi inaweza kudhibitisha nguvu zaidi kuliko kubadili osmosis kwa sababu ya mkusanyiko mkubwa wa chumvi katika suluhisho linalotokana na hatua ya kwanza.

Kampuni ya Uingereza Maji ya kisasa inafanya kazi mmea wa kwanza wa osmosis wa kibiashara huko Oman, katika pwani ya kusini mashariki mwa Rasi ya Arabia. Kwa galoni 26,000 kwa siku, mfumo huo una uwezo mdogo sana kuliko mifumo mingi ya reverse osmosis. Maafisa wa kampuni hawakurudisha maombi ya maoni juu ya mmea. Walakini ripoti ya kampuni ilibaini kuwa mmea huo ulikuwa na upungufu wa asilimia 42 ya nishati ikilinganishwa na kubadili osmosis.

Heather Cooley, mkurugenzi wa programu ya maji na Taasisi ya Pacific, shirika la utafiti wa uendelevu lenye makao yake California, limesema teknolojia ya mbele ya osmosis bado iko katika awamu ya utafiti na maendeleo, na kwamba matumizi ya kibiashara ni miaka mitano hadi 10 nje.

Suluhisho la utaftaji

Njia nyingine ya kupunguza gharama ya nishati ya utakaso ni RO-PRO, au kubadilisha shinikizo la osmosis lililosababisha osmosis. RO-PRO inafanya kazi kwa kupitisha chanzo cha maji safi kilichoharibika, kama maji machafu, kupitia utando ndani ya suluhisho yenye chumvi iliyobaki kutoka kwa osmosis ya nyuma, ambayo kawaida inaweza kutolewa baharini. Mchanganyiko wa mbili hutoa shinikizo na nishati ambayo hutumiwa kusukuma pampu ya osmosis ya nyuma.

Iliyoongozwa na mfumo uliotumiwa na Statkraft, kampuni ya nishati ya umeme na nishati mbadala ya Norway, profesa wa uhandisi wa mazingira wa Chuo Kikuu cha Kusini mwa California Amy Childress na wenzake sasa wanajaribu RO-PRO huko California. Childress anasema makadirio ya "matumaini" yanaonyesha RO-PRO inaweza kupunguza nishati inayohitajika kwa asilimia 30 ya osmosis. Anabainisha kuwa kampuni zingine ambazo hazijabainishwa zimeonyesha kupendezwa na rubani wao.

Kukamata tena na Nishati Mbadala

Fravel inasema mimea mingi inajaribu kupata tena nishati kutoka kwa mchakato huo. Turbocharger, kwa mfano, huchukua nishati ya kinetic kutoka kwa mkondo unaotoka wa maji ya chumvi yaliyojilimbikizia na kuiweka tena upande wa maji ya bahari inayoingia. "Unaweza kuwa na [paundi 900 kwa kila inchi ya mraba] kwa upande wa chakula na umakini unaweza kutoka kwa 700 psi. Hiyo ni nguvu nyingi katika mkondo wa umakini, ”anasema.

Kuingiza mbadala katika upande wa kuingiza nishati ya vitu ni njia ya kuahidi haswa ya kuimarisha utoshelevu wa maji. Kutengeneza maji kabla ya kwenda kwenye utando pia kunaweza kuokoa nishati. "Bora unavyoweza kusafisha maji kabla ya kuingia kwenye osmosis ya nyuma, inaendesha vizuri zaidi," Fravel anasema. Mimea nchini Bahrain, Japani, Saudi Arabia na Uchina zinatumia matibabu ya mapema kwa mchakato laini wa kubadili osmosis.

Kuingiza mbadala katika upande wa kuingiza nishati ya vitu ni njia ya kuahidi haswa ya kuimarisha uimara wa desalination. Hivi sasa inakadiriwa asilimia 1 ya maji yaliyotengenezwa na maji kutoka kwa nishati kutoka kwa vyanzo vinavyobadilishwa, haswa katika vituo vidogo. Lakini mimea kubwa inaanza kuongeza mbadala kwa kwingineko yao ya nishati.

Baada ya miaka mingi ya shida na ukame, Australia ilileta mimea sita ya kuondoa mchanga kwenye mkondoni kutoka 2006 hadi 2012, ikiwekeza zaidi ya dola bilioni 10. Mimea yote hutumia mbadala za umeme, haswa kupitia shamba za upepo zilizo karibu ambazo zinaweka nishati kwenye gridi ya taifa, Pankratz anasema. Na mmea wa kusafisha maji ya Sydney, ambayo inasambaza karibu asilimia 15 ya maji kwa jiji lenye watu wengi zaidi nchini Australia, inaendeshwa na vifaa kutoka kwa shamba la upepo la Capital la 67-turbine karibu maili 170 kusini.

Nishati ya jua inavutia kwa nchi nyingi nzito za kusafisha maji - haswa zile za Mashariki ya Kati na Karibiani ambapo jua ni nyingi. Katika moja ya miradi kabambe zaidi, kampuni ya Nishati ya Falme za Kiarabu Masdar ilitangaza mnamo 2013 inafanya kazi kwenye mmea mkubwa zaidi wa umeme wa jua unaoweza kutumia jua, unaoweza kutoa zaidi ya galoni milioni 22 kwa siku, na uzinduzi uliopangwa mnamo 2020.

Athari za Mazingira

Mipango ya kutumia maji ya bahari, kwa kweli, lazima izingatie athari kwa maisha ya bahari. Vifaa vingi vya kusafisha maji hutumia ulaji wa bahari wazi; hizi mara nyingi huchunguzwa, lakini mchakato wa kuondoa chumvi bado unaweza kuua viumbe wakati wa ulaji au ndani ya awamu ya matibabu ya mmea, Cooley anasema. Uingizaji mpya wa uso, ambao huenda chini ya mchanga kuitumia kama kichujio asili, inaweza kusaidia kupunguza wasiwasi huu.

Pia, kuna shida ya jinsi ya kuondoa maji mengi yenye briny baada ya kuondoa taya. Kila galoni mbili kituo kinachukua lita moja ya maji ya kunywa na galoni moja ya maji ambayo ni karibu chumvi mara mbili kuliko ilivyokuwa ikiingia. Mimea mingi hurudisha hii ndani ya mwili huo huo wa maji ambao hutumika kama chanzo cha ulaji.

Ela anasema mimea ndogo, kama vile mmea wa mbele wa osmosis huko Oman, inaweza kuwa teknolojia ya utakaso wa desemba.Teknolojia ya RO-PRO inatoa njia moja ya kupunguza mkusanyiko wa chumvi katika kutokwa, ambayo inaweza kudhuru viumbe wanaoishi chini. Njia nyingine kupata umaarufu ni utumiaji wa viboreshaji, mfuatano wa midomo ambayo huongeza ujazo wa maji ya bahari ukichanganya na kutokwa kwa umakini kuzuia matangazo ya chumvi nyingi.

Katika moja ya masomo ya hivi karibuni ya riwaya ya kushughulikia kutokwa na bahari, Davies wa Chuo Kikuu cha Aston aliwasha kutokwa kwa briny na nishati ya jua kubadilisha kloridi ya magnesiamu kuwa oksidi ya magnesiamu, ambayo anaiita "wakala mzuri wa kunyonya dioksidi kaboni." Utafiti bado ni hatua changa, lakini inaweza kuwa na faida mbili za mazingira ya kupunguza kutokwa na kuondoa CO₂ kutoka baharini kwa kutumia nguvu ya jua ili kupata mkusanyiko.

Ukubwa Hekima

Ela anasema mimea midogo, kama vile mmea wa mbele wa osmosis huko Oman, inaweza kuwa siku zijazo za teknolojia ya kusafisha maji. Ubunifu mwingi zaidi unaweza kuwa na maana ya kiuchumi kwa kiwango kidogo, na kampuni hazingelazimika kuwekeza sana katika miundombinu, anasema.

"Badala ya mimea kubwa, tunaweza kupata chini ya lita 10,000 kwa siku mimea ya kusafisha maji," Ela anasema. "Ninaona ugawanyaji wa madaraka na mimea midogo ya kuondoa maji kwenye mchanga inayohudumia jamii ndogo."

Hii pia itatoa faida za mazingira kama vile kuruhusu nishati mbadala kuchukua jukumu kubwa, kwani ni rahisi sana kuwezesha mimea midogo na jua na upepo kuliko kubwa, anasema.

Pankratz anasema kuwa utakaso wa samaki utakuwa ghali kila wakati kuliko kutibu maji safi. Bado, ubunifu utasaidia utakaso kuwa chaguo linalozidi kufanya kazi kwani mahitaji ya maji safi hukua katika ulimwengu unaozidi kuwa na kiu.

Makala hii awali alionekana kwenye Ensia

Kuhusu Mwandishi

Brian Bienkowski hutumika kama mhariri wa Habari za Afya ya Mazingira na tovuti ya dada yake, Hali ya Hewa ya Kila Siku Ana shahada ya uzamili katika uandishi wa habari za mazingira na digrii ya uuzaji katika Chuo Kikuu cha Jimbo la Michigan. Anaishi na dachshund yake ndogo, Louie, huko Lansing, Michigan.

Kitabu kinachohusiana

at

Asante kwa kutembelea InnerSelf.com, zipo 20,000 + makala zinazobadilisha maisha zinazokuza "Mitazamo Mpya na Uwezekano Mpya." Nakala zote zimetafsiriwa kwa Lugha 30+. Kujiunga kwa InnerSelf Magazine, iliyochapishwa kila wiki, na Daily Inspiration ya Marie T Russell. InnerSelf Magazine imechapishwa tangu 1985.