Bisakah Air Asin Memanjakan Hawa Tumbuh Kita?

Bisakah Air Asin Memanjakan Hawa Tumbuh Kita?

Dunia yang semakin mengalami tekanan air mengambil tampilan baru pada desalinasi. Tampaknya cukup sederhana: Ambil garam dari air sehingga bisa diminum.

Tapi itu jauh lebih kompleks daripada yang terlihat sekilas. Ini juga semakin penting di dunia di mana sumber air tawar semakin tegang oleh pertumbuhan populasi, perkembangan, kekeringan, perubahan iklim dan banyak lagi. Itulah sebabnya peneliti dan perusahaan dari Amerika Serikat sampai Australia menyempurnakan konsep berabad-abad yang mungkin merupakan masa depan untuk memuaskan dahaga dunia.

"Ketika datang untuk meningkatkan pasokan air, Anda memiliki empat pilihan: Tingkatkan jumlah penggunaan kembali, tingkatkan penyimpanan, lestarikan atau beralih ke sumber baru," kata Tom Pankratz, konsultan desalinasi dan editor saat ini dari publikasi perdagangan mingguan. Laporan Desalinasi Air. "Dan untuk banyak tempat di seluruh dunia, satu-satunya sumber baru adalah desalinasi."

Proses Mahal

Teknologi desalinasi telah ada selama berabad-abad. Di Timur Tengah, orang telah lama menguap air tanah payau atau air laut, mengukus uap untuk menghasilkan air bebas garam untuk minum atau, dalam beberapa kasus, untuk irigasi pertanian.

Seiring waktu prosesnya menjadi lebih canggih. Sebagian besar fasilitas desalinasi modern menggunakan reverse osmosis, dimana air dipompa pada tekanan tinggi melalui selaput semipermeabel yang menghilangkan garam dan mineral lainnya.

Di seluruh dunia sekitar 300 juta orang mendapatkan air tawar dari lebih dari tanaman desalinasi 17,000 di negara-negara 150. Negara-negara Timur Tengah telah mendominasi pasar karena kebutuhan dan ketersediaan energi, namun dengan ancaman kekurangan air tawar yang menyebar ke seluruh dunia, negara-negara lain dengan cepat bergabung dalam barisan mereka. Kapasitas industri tumbuh sekitar 8 persen per tahun, menurut Randy Truby, pengawas keuangan dan presiden masa lalu Asosiasi Desalinasi Internasional, sebuah kelompok industri, dengan "ledakan aktivitas" di tempat-tempat seperti Australia dan Singapura.

Di Amerika Serikat, sebuah pabrik senilai $ 1 miliar sedang dibangun di Carlsbad, California, untuk menyediakan sekitar 7 persen kebutuhan air minum untuk wilayah San Diego. Saat online di akhir 2015, ini akan menjadi yang terbesar di Amerika Utara, dengan kapasitas 50-juta-galon per hari. Dan California saat ini memiliki sekitar proposal tanaman desalinasi 16 dalam karya tersebut.


Dapatkan Yang Terbaru Dari Diri Sendiri


Sebagian besar air di Bumi ditemukan di lautan dan badan air asin lainnya.

Tapi desalinasi itu mahal harganya. Seribu galon air tawar dari pabrik desalinasi menghabiskan biaya rata-rata konsumen AS $ 2.50 menjadi $ 5, kata Pankratz, dibandingkan dengan $ 2 untuk air tawar konvensional.

Ini juga merupakan energi babi: Tanaman Desalinasi di seluruh dunia mengkonsumsi lebih dari 200 juta kilowatt-jam setiap hari, dengan biaya energi diperkirakan 55 persen dari total operasi dan biaya pemeliharaan pabrik. Dibutuhkan sebagian besar tanaman reverse osmosis sekitar 3 sampai 10 kilowatt-hours energi untuk menghasilkan satu meter kubik air tawar dari air laut. Instalasi pengolahan air minum tradisional biasanya digunakan dengan baik di bawah kWh 1 per meter kubik.

Dan hal itu dapat menyebabkan masalah lingkungan, mulai dari menggusur makhluk yang tinggal di laut hingga mengganggu konsentrasi garam di sekitar mereka.

Penelitian suite perbaikan desalinasi air laut sedang berlangsung untuk membuat proses lebih murah dan lebih ramah lingkungan - termasuk mengurangi ketergantungan pada energi bahan bakar yang berasal fosil, yang melanggengkan lingkaran setan dengan berkontribusi terhadap perubahan iklim yang memberikan kontribusi untuk air tawar kekurangan di tempat pertama.

Membran Upgrade

Kebanyakan ahli mengatakan bahwa reverse osmosis seefisien yang akan didapatnya. Tetapi beberapa peneliti mencoba memeras lebih banyak dengan memperbaiki membran yang digunakan untuk memisahkan garam dari air.

Membran yang saat ini digunakan untuk desalinasi terutama adalah film poliamida tipis yang digulung menjadi tabung berongga yang melaluinya sumbu air. Salah satu cara untuk menghemat energi adalah dengan meningkatkan diameter selaput, yang berkorelasi langsung dengan berapa banyak air tawar yang bisa mereka hasilkan. Perusahaan semakin bergerak dari membran berdiameter 8-inci ke 16-inci, yang memiliki empat kali area aktif.

"Anda dapat menghasilkan lebih banyak air sekaligus mengurangi jejak untuk peralatan," kata Harold Fravel Jr., direktur eksekutif American Membrane Technology Association, sebuah organisasi yang memajukan penggunaan sistem pemurnian air.

Banyak penelitian membran difokuskan pada Nanomaterials - bahan tentang 100,000 kali lebih kecil dari diameter rambut manusia. Periset Institut Teknologi Massachusetts melaporkan di 2012 bahwa selaput yang terbuat dari sel atom karbon satu atom yang disebut graphene bisa bekerja dengan baik dan memerlukan sedikit tekanan untuk memompa air melalui dari pada poliamida, yang kira-kira seribu kali lebih tebal. Kurang tekanan berarti lebih sedikit energi untuk mengoperasikan sistem, dan oleh karena itu, tagihan energi lebih rendah.

Graphene tidak hanya tahan lama dan sangat tipis, tapi, tidak seperti poliamida, itu tidak sensitif terhadap senyawa pengolahan air seperti klorin. Di 2013, Lockheed Martin dipatenkan membran Perforene, yang merupakan salah satu atom tebal dengan lubang yang cukup kecil untuk garam perangkap dan mineral lainnya, tetapi yang memungkinkan air untuk lulus.

Solusi nanomaterial populer lainnya adalah nanotube karbon, kata Philip Davies, seorang peneliti Aston University yang mengkhususkan diri pada sistem hemat energi untuk pengolahan air. Karbon nanotube menarik karena alasan yang sama seperti bahan graphene - kuat, tahan lama yang dikemas dalam paket kecil - dan dapat menyerap lebih dari 400 persen berat garamnya.

Membran harus ditukar keluar, sehingga daya tahan nanotube karbon dan tingkat penyerapan yang tinggi dapat mengurangi frekuensi penggantian, menghemat waktu dan uang.

Teknologi membran semua "terdengar seksi, tapi tidak mudah," kata Pankratz. "Ada tantangan teknik saat membuat sesuatu yang sangat tipis sehingga tetap menjaga integritas."

Grafen dan nanotube karbon berpuluh-puluh tahun jauh dari penggunaan luas, kata Wendell Ela, seorang profesor teknik kimia dan lingkungan Universitas Arizona. "Saya melihat mereka memiliki dampak, tapi ini adalah jalan keluarnya."

Truby mengatakan penghalang untuk komersialisasi meliputi rekayasa material kecil seperti itu dan membuat membran baru yang kompatibel dengan tanaman dan infrastruktur saat ini.

"Ini akan menjadi kunci untuk meningkatkan sistem tanpa merobek [mereka] dan membangun pabrik baru," katanya.

Teruskan Osmosis

Yang lain melihat ke luar reverse osmosis ke proses lain yang dikenal sebagai osmosis ke depan. Dalam osmosis ke depan, air laut ditarik ke dalam sistem dengan larutan yang mengandung garam dan gas, yang menciptakan perbedaan tekanan osmotik tinggi antara larutan. Solusi melewati membran bersama-sama, meninggalkan garam di belakang.

Ela mengatakan bahwa osmosis ke depan "mungkin paling efisien sebagai pretreatment dan bukan sebagai pengobatan yang berdiri sendiri di pabrik air laut komersial" karena reverse osmosis berperforma lebih baik dalam skala besar. Sebagai pretreatment, osmosis ke depan dapat memperpanjang umur membran reverse osmosis dan meningkatkan kesehatan sistem secara keseluruhan dengan mengurangi disinfektan yang dibutuhkan dan pilihan pretreatment lainnya.

Proses ini harus menggunakan energi kurang dari reverse osmosis, Ela mengatakan, karena itu didorong oleh termodinamika. Tapi musim panas lalu MIT ilmuwan melaporkan bahwa ke depan osmosis untuk desalinasi mungkin terbukti lebih banyak energi intensif daripada reverse osmosis karena konsentrasi garam yang tinggi dalam larutan yang dihasilkan dari langkah pertama.

Perusahaan Inggris Air yang modern mengoperasikan pabrik osmosis komersial pertama di Oman, di pantai tenggara Semenanjung Arab. Pada 26,000 galon per hari, sistem ini memiliki kapasitas yang jauh lebih kecil daripada kebanyakan sistem osmosis balik berskala besar. Pejabat perusahaan tidak mengembalikan permintaan untuk komentar di pabrik. Namun laporan perusahaan mencatat bahwa pabrik itu memiliki pengurangan persen 42 dalam energi dibandingkan dengan reverse osmosis.

Heather Cooley, direktur program air dengan Pacific Institute, sebuah organisasi riset kelestarian berbasis di California, mengatakan bahwa sebagian besar teknologi osmosis ke depan masih dalam tahap penelitian dan pengembangan, dan penggunaan komersialnya adalah lima sampai 10 tahun keluar.

dilusi Solusi

Pendekatan lain untuk mengurangi biaya energi desalinasi adalah RO-PRO, atau tekanan osmosis terbalik terbelakang osmosis. karya RO-PRO dengan melewati sumber air tawar gangguan, seperti air limbah, melalui membran ke dalam larutan sisa yang sangat garam dari reverse osmosis, yang biasanya akan dibuang ke laut. Pencampuran dua menghasilkan tekanan dan energi yang digunakan untuk daya pompa reverse osmosis.

Terinspirasi oleh sistem yang digunakan oleh Statkraft, sebuah perusahaan energi tenaga air dan energi terbarukan yang berbasis di Norwegia, profesor teknik lingkungan Universitas Southern California Amy Childress dan koleganya sekarang mengajukan pilot RO-PRO di California. Childress mengatakan perkiraan "optimis" menunjukkan RO-PRO dapat mengurangi energi yang dibutuhkan untuk reverse osmosis 30 persen. Dia mencatat bahwa beberapa perusahaan yang tidak disebutkan menunjukkan ketertarikan pada pilot mereka.

Pengambilan kembali dan Energi Terbarukan

Fravel mengatakan banyak tanaman mencoba menangkap kembali energi dari dalam prosesnya. Turbocharger, misalnya, mengambil energi kinetik dari aliran keluar air asin konsentrat dan mengajukannya kembali ke sisi air laut masuk. "Anda mungkin memiliki 900 [pound per inci persegi] di sisi umpan dan konsentratnya mungkin keluar di 700 psi. Itu banyak energi di aliran konsentrat, "katanya.

Memasukkan energi terbarukan ke dalam sisi masukan energi adalah pendekatan yang sangat menjanjikan untuk meningkatkan keberlanjutan desalinasi. Membuang air sebelum beralih ke membran juga dapat menghemat energi. "Semakin baik Anda bisa membersihkan air sebelum masuk ke reverse osmosis, semakin baik jalannya," kata Fravel. Tanaman di Bahrain, Jepang, Arab Saudi dan China menggunakan pretreatment untuk proses reverse osmosis yang lebih halus.

Memasukkan energi terbarukan ke dalam sisi masukan energi adalah pendekatan yang sangat menjanjikan untuk meningkatkan keberlanjutan desalinasi. Saat ini diperkirakan 1 persen air desalinated berasal dari energi dari sumber terbarukan, terutama di fasilitas berskala kecil. Tapi tanaman yang lebih besar mulai menambahkan energi terbarukan ke portofolio energinya.

Setelah bertahun-tahun berjuang menghadapi kekeringan, Australia membawa enam pabrik desalinasi online dari 2006 ke 2012, menginvestasikan lebih dari $ 10 miliar. Tanaman semua menggunakan beberapa energi terbarukan untuk listrik, sebagian besar melalui peternakan angin di dekatnya yang menempatkan energi ke dalam grid, kata Pankratz. Dan pabrik desalinasi Air Sydney, yang memasok sekitar 15 persen air ke kota terpadat di Australia, didukung oleh offset dari turbin angin bertenaga surya 67 sekitar 170 mil ke selatan.

Energi surya sangat menarik bagi banyak negara desalinasi berat - terutama di Timur Tengah dan Karibia dimana matahari berlimpah. Dalam salah satu proyek yang lebih ambisius, perusahaan energi Uni Emirat Arab Masdar mengumumkan di 2013 bahwa pihaknya sedang mengerjakan pabrik desalinasi tenaga surya terbesar di dunia, yang mampu memproduksi lebih dari 22 juta galon per hari, dengan peluncuran yang direncanakan di 2020.

Dampak Lingkungan

Rencana penggunaan air laut tentu saja harus mempertimbangkan implikasinya bagi kehidupan laut. Banyak fasilitas desalinasi menggunakan asupan laut terbuka; ini sering disaring, namun proses desalinasi masih dapat membunuh organisme selama asupan atau di dalam fase pengobatan tanaman, Cooley mengatakan. Asupan bawah permukaan baru, yang berada di bawah pasir untuk menggunakannya sebagai filter alami, dapat membantu meringankan kekhawatiran ini.

Juga, ada masalah bagaimana menyingkirkan banyak air yang sangat asin setelah desalinasi. Setiap dua galon sebuah fasilitas masuk berarti satu galon air minum dan satu galon air yang kira-kira dua kali lebih asin seperti saat isinya. Sebagian besar tanaman mengeluarkannya kembali ke dalam air yang sama dengan sumber asupan.

Ela mengatakan tanaman yang lebih kecil, seperti pabrik osmosis ke depan di Oman, bisa menjadi teknologi desalinasi masa depan. Teknologi RO-PRO menawarkan satu cara untuk mengurangi konsentrasi garam dalam pembuangan, yang dapat membahayakan makhluk-makhluk yang tinggal di bawah tanah. Cara lain untuk mendapatkan popularitas adalah penggunaan diffusers, serangkaian nozel yang meningkatkan volume pencampuran air laut dengan pelepasan konsentrat yang mencegah noda dengan kadar garam tinggi.

Dalam salah satu penelitian baru yang lebih baru mengenai debit laut, Davies dari Aston University memanaskan debit air asin dengan energi matahari untuk mengubah magnesium klorida menjadi magnesium oksida, yang ia sebut sebagai "agen yang baik untuk menyerap karbon dioksida." Penelitian ini masih merupakan tahap baru lahir, namun bisa memiliki manfaat lingkungan ganda untuk mengurangi debit dan menghapus CO2 dari lautan menggunakan tenaga surya untuk menghancurkan konsentrat.

Ukuran Bijaksana

Ela mengatakan tanaman yang lebih kecil, seperti pabrik osmosis maju di Oman, bisa jadi teknologi desalinasi masa depan. Banyak inovasi baru bisa masuk akal secara ekonomi dalam skala yang lebih kecil, dan perusahaan tidak perlu menginvestasikan banyak investasi di infrastruktur, katanya.

"Alih-alih tanaman besar, kita bisa turun ke tanaman desalinasi 10,000 galon per hari," kata Ela. "Saya melihat desentralisasi dan tanaman desalinasi kecil yang melayani masyarakat kecil."

Ini juga akan memberi manfaat lingkungan seperti membiarkan energi terbarukan memainkan peran lebih besar, karena lebih mudah menyalakan tanaman kecil dengan tenaga surya dan angin daripada yang besar, katanya.

Pankratz mengatakan desalinasi akan selalu lebih mahal daripada mengobati air tawar. Namun, inovasi akan membantu desalinasi menjadi pilihan yang semakin diterapkan karena permintaan air tawar tumbuh dalam dunia yang semakin haus.

Lihat homepage Ensia Artikel ini awalnya muncul di Ensia

Tentang Penulis

Bienkowski brianBrian Bienkowski menjabat sebagai editor Berita Kesehatan Lingkungan dan situs saudaranya, The Daily Climate. Dia memegang gelar master dalam jurnalisme lingkungan dan gelar sarjana dalam pemasaran dari Michigan State University. Dia tinggal dengan dachshund miniaturnya, Louie, di Lansing, Michigan.

Buku Terkait

{amazonWS: searchindex = Buku; kata kunci = 082138838X; maxresults = 1}

enafarzh-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

ikuti InnerSelf di

facebook-icontwitter-iconrss-icon

Dapatkan Terbaru Dengan Email

{Emailcloak = off}