Ce este desalinizarea? Cum afectează mediul?

Desalinizarea este procesul de transformare a apei de mare în apă potabilă prin eliminarea sării și a altor minerale. Deși forme rudimentare de desalinizare au fost utilizate din antichitate, abia la mijlocul secolului al XX-lea metodele de desalinizare la scară industrială au devenit larg disponibile pentru comunitățile costiere nesigure în privința apei din întreaga lume. Astăzi, aproximativ 300 de milioane de oameni din peste 150 de țări obțin apă zilnic de la circa 20.000 de instalații de desalinizare.

Doar 2,5% din apa de suprafață de pe planetă este apă dulce, și doar o fracțiune din aceasta este disponibilă și potrivită pentru consumul uman. Pe măsură ce schimbările climatice se intensifică, desalinizarea oferă o sursă alternativă de apă potabilă și de irigații. Cu toate acestea, are și impacturi semnificative asupra mediului. Tehnologiile emergente pot ajuta la atenuarea unora dintre aceste efecte, dar desalinizarea este un compromis între satisfacerea cererii umane crescânde pentru sursele de apă dulce și problemele de mediu pe care procesul le exacerbează.

Proces și tehnologii

De-a lungul istoriei, oamenii au folosit diverse metode de distilare și filtrare pentru a suplimenta aprovizionarea cu apă dulce. Dar abia la mijlocul secolului al XX-lea desalinizarea a devenit un proces industrial la scară largă capabil să furnizeze apă centrelor populaționale majore. Astăzi, există trei categorii de bază de desalinizare utilizate pe scară largă: tehnologii cu membrane, tehnologii termice (distilare) și procese chimice. În prezent, tehnicile cu membrane și cele termice sunt cele mai frecvent utilizate metode de desalinizare.

Distilarea termică

Desalinizarea termică implică fierberea apei până când aceasta se evaporă, lăsând sarea în urmă. Vaporii de apă, acum lipsiți de sare, sunt apoi recoltați prin condensare. Energia termică necesară pentru a realiza acest lucru la scară mare provine de la generatoare de abur, cazane cu recuperare de căldură sau prin extragerea aburului din turbinele centralelor electrice.

Una dintre cele mai prevalente tehnici termice este distilarea flash în mai multe etape (MFS), un tip de instalație relativ simplu de construit și operat, dar extrem de intensiv energetic. Astăzi, desalinizarea MSF este cea mai comună în Orientul Mijlociu, unde resursele abundente de combustibili fosili fac acest lucru fezabil, conform Asociației Internaționale a Apei.

Separarea prin membrană

Tehnologia de bază în desalinizarea cu membrane implică aplicarea unei presiuni intense pentru a forța apa sărată să treacă prin mai multe membrane mici, semipermeabile. Aceste membrane permit apei să treacă, dar nu și sărurilor dizolvate. Acest lucru sună simplu, dar este o altă întreprindere foarte intensivă energetic. Cel mai comun proces cu membrane este osmoza inversă, dezvoltată pentru prima dată în anii 1950 și comercializată în anii 1970. Acesta este acum cel mai utilizat tip de desalinizare în afara Orientului Mijlociu și a Africii de Nord.

Beneficii și consecințe de mediu

Desalinizarea este o tehnologie importantă pentru susținerea securității și rezilienței apei în comunitățile aride, predispuse la secetă, aflate în apropierea surselor de apă sărată sau salmastră. Prin reducerea cererii pentru sursele de apă dulce, cum ar fi apa subterană, râurile și lacurile, desalinizarea poate ajuta la conservarea habitatelor care depind de aceleași resurse de apă.

Deși costisitoare, desalinizarea este, în general, o sursă locală fiabilă de apă curată, nu numai pentru consumul uman, ci și pentru agricultură. Instalațiile de desalinizare la scară mică din zonele rurale cu deficit de apă pot ajuta la asigurarea securității apei pentru unele dintre cele mai vulnerabile comunități. Instalațiile mai mari pot juca un rol important în asigurarea accesului locuitorilor din zonele urbane la apă potabilă sigură și fiabilă. Utilizarea desalinizării se va extinde probabil în anii următori pe măsură ce schimbările climatice intensifică seceta și contribuie la diminuarea cantității și calității resurselor de apă dulce.

Dar desalinizarea nu este lipsită de dezavantaje. Cele mai mari preocupări sunt amprenta sa energetică, cantitatea de ape uzate produse și eliberate înapoi în ocean, precum și efectele nocive asupra vieții marine la ambele capete ale procesului. Cu tot mai multe instalații care intră în funcțiune pe măsură ce comunitățile caută surse de apă mai reziliente la schimbările climatice, desalinizarea nu va dispărea. Noile tehnologii ar putea reduce unele dintre impacturile sale asupra mediului.

Consumul de energie

Vasta majoritate a instalațiilor de desalinizare sunt încă alimentate cu combustibili fosili. Aceasta înseamnă că desalinizarea contribuie la emisiile de gaze cu efect de seră și la agravarea schimbărilor climatice. Există însă și instalații de desalinizare alimentate cu energie regenerabilă, dar până în prezent sunt limitate în mare parte la operațiuni la scară mică. Se depun eforturi pentru a le face mai comune și mai rentabile. Dovezi recente sugerează că desalinizarea alimentată cu energie regenerabilă poate funcționa aproape oriunde există acces la apă oceanică sau la ape salmastre.

Energia solară, eoliană și geotermală oferă deja opțiuni viabile pentru alimentarea noilor instalații de desalinizare, energia solară fiind cea mai comună sursă de energie pentru instalațiile de desalinizare alimentate cu energie regenerabilă. O abordare hibridă care alternează sursele regenerabile, cum ar fi energia eoliană și solară, poate oferi o fiabilitate mai mare în perioadele de producție fluctuantă de energie. Valorificarea energiei oceanice pentru desalinizare este un alt domeniu emergent de cercetare.

În plus, o serie de tehnologii în curs de dezvoltare vizează atingerea unei eficiențe energetice mai mari în desalinizare. Osmoza directă este o tehnologie incipientă care arată promițător. O alta implică utilizarea desalinizării termice la temperatură scăzută, care evaporă apa la temperaturi mai joase pentru a reduce consumul de energie și apoi o reconstituie în formă lichidă. Tehnologii mai puțin intensive energetic, cum ar fi aceasta, s-ar putea potrivi bine cu sursele regenerabile, așa cum este detaliat în acest studiu al Laboratorului Național de Energie Regenerabilă care explorează alimentarea desalinizării termice la temperatură scăzută cu energie geotermală.

Impactul asupra vieții marine

Mai mult de jumătate din apa de mare utilizată în desalinizare ajunge ca ape uzate saline amestecate cu substanțe chimice toxice care sunt adăugate în timpul purificării. Jeturi de înaltă presiune deversează aceste ape uzate înapoi în ocean, unde amenință viața marină.

Un studiu recent a constatat că volumul de saramură din aceste ape uzate este cu 50% mai mare decât s-a estimat anterior. Standardele pentru eliberarea apelor uzate înapoi în ocean variază considerabil. În unele regiuni, în special în Golful Arabiei, Marea Roșie, Marea Mediterană și Golful Oman, instalațiile de desalinizare sunt frecvent grupate, deversând continuu efluenți calzi în apele costiere puțin adânci. Acest lucru poate ridica temperatura și salinitatea apei de mare și poate scădea calitatea generală a apei, afectând negativ ecosistemele marine costiere.

Captarea inițială a apei de mare prezintă, de asemenea, riscuri pentru viața marină. Extragerea apei din mare duce la moartea peștilor, larvelor și planctonului, deoarece aceștia sunt atrași accidental în instalația de desalinizare. În fiecare an, milioane de pești și nevertebrate sunt aspirate în instalațiile de desalinizare și prinse pe grilele de admisie. Cei suficient de mici pentru a trece prin grile intră în sistem și mor în timpul procesării chimice a apei sărate.

Modificările de proiectare ar putea reduce numărul organismelor marine ucise în acest proces, inclusiv utilizarea unor conducte mai mari pentru încetinirea admiterii apei, ceea ce permite peștilor să înoate și să scape înainte de a fi prinși. Noile tehnologii pot reduce cantitatea de ape uzate care se varsă în mare și pot dispersa mai eficient aceste deșeuri pentru a atenua impactul asupra vieții marine. Dar aceste intervenții pot funcționa doar dacă sunt adoptate și aplicate corect.

Către mai multe date, standarde mai bune

Alimentarea sistemelor de desalinizare cu energie regenerabilă și construirea de instalații care atenuează potențialul prejudiciu adus vieții marine necesită investiții în cercetare pentru o mai bună înțelegere a impacturilor asupra mediului și utilizarea acestor date pentru a dezvolta reglementări mai bune pentru proiectarea și operarea instalațiilor. Un exemplu util vine din California, care a promulgat Amendamentul privind desalinizarea la planul său de control al calității apei oceanice. Acesta impune un proces consecvent la nivel de stat pentru autorizarea instalațiilor de desalinizare a apei de mare, cerând respectarea anumitor standarde de amplasament, proiectare și operare pentru a minimiza prejudiciul adus vieții marine.

Depășesc beneficiile impactul asupra mediului?

Potrivit Națiunilor Unite, aproximativ 2,3 miliarde de oameni trăiesc în țări cu stres hidric. Iar 4 miliarde de oameni – aproape două treimi din populația lumii – se confruntă cu o penurie severă de apă cel puțin o lună pe an. Aceste cifre vor crește probabil odată cu intensificarea secetei și epuizarea resurselor de apă dulce.

Managerii resurselor de apă și factorii de decizie politică știu că desalinizarea nu poate fi singura soluție pentru securitatea apei. Este prea costisitoare și nu garantează o aprovizionare nelimitată cu apă dulce, liberă de consecințe de mediu pentru populația noastră globală în continuă creștere. În schimb, trebuie combinată cu tehnologii inteligente de conservare a apei pentru a preveni risipa în sectoarele agricole, rezidențiale, extractive și industriale. Investiția în conservarea apei reprezintă o strategie alternativă cu un cost de mediu mult mai mic.

Orașele cu deficit de apă din întreaga lume arată cum poate fi realizată conservarea printr-o combinație de restricții de utilizare și strategii inovatoare, cum ar fi reciclarea apei menajere (greywater) și reutilizarea apelor uzate. În 2021, Las Vegas, Nevada, de exemplu, a impus o interdicție permanentă a gazonului decorativ – una dintre numeroasele restricții pe care orașul le-a impus asupra utilizării apei, pe măsură ce principala sa sursă de apă, Lacul Mead, atinge niveluri periculos de scăzute. În același timp, districtul de apă al regiunii utilizează un proces de tratare a apelor uzate de înaltă tehnologie pentru a purifica apele menajere și canalizarea pentru reutilizare de către terenurile de golf, parcurile și afacerile locale și returnează o parte din apa curată în Lacul Mead pentru utilizare viitoare.

Omenirea va trebui să folosească toate mijloacele posibile – și câteva mijloace la care încă nu ne-am gândit – pentru a asigura o aprovizionare sigură și constantă cu apă pentru o populație în creștere. Noile tehnologii de desalinizare se vor număra cu siguranță printre acestea, dar desalinizarea trebuie cuplată cu standarde și aplicare puternice și consecvente pentru a se asigura că costurile nu depășesc beneficiile.