Ce este desalinizarea? Cum afectează mediul?

Desalinizarea este procesul de transformare a apei de mare în apă potabilă prin îndepărtarea sării și a altor minerale. Deși forme rudimentare de desalinizare au fost utilizate din antichitate, abia la mijlocul secolului al XX-lea au devenit metodele de desalinizare la scară industrială disponibile pe scară largă pentru comunitățile de coastă din întreaga lume cu acces limitat la apă. Astăzi, aproximativ 300 de milioane de oameni din peste 150 de țări obțin apă zilnic din aproximativ 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 pentru irigații. Cu toate acestea, are și un impact semnificativ asupra mediului. Tehnologiile emergente pot ajuta la atenuarea unora dintre aceste efecte, dar desalinizarea este un compromis între satisfacerea cerințelor umane tot mai mari asupra surselor 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 proviziile de apă dulce. Însă 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 utilizate metode de desalinizare.

Distilarea termică

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

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

Separarea prin membrane

Tehnologia de bază în desalinizarea cu membrane implică aplicarea unei presiuni intense pentru a forța apa sărată să treacă prin mai multe membrane semipermeabile minuscule. Aceste membrane permit apei să treacă, dar nu și sărurilor dizolvate. Asta sună simplu, dar este un alt demers foarte energofag. 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 Africii de Nord.

Beneficii și consecințe asupra mediului

Desalinizarea este o tehnologie importantă pentru susținerea securității și rezilienței apei în comunitățile aride, predispuse la secetă, situate aproape de surse de apă sărată sau salmastră. Prin reducerea cererii de surse de apă dulce precum apele subterane, râurile și lacurile, desalinizarea poate contribui la conservarea habitatelor care depind de aceleași resurse de apă.

Deși costisitoare, desalinizarea este, în general, o sursă locală fiabilă de apă curată, nu doar pentru consumul uman, ci și pentru agricultură. Instalațiile de desalinizare la scară mică din zonele rurale cu deficit de apă pot contribui la asigurarea securității apei pentru unele dintre cele mai vulnerabile comunități. Instalațiile mai mari pot juca un rol important în asigurarea accesului locuitorilor urbani la apă potabilă sigură și fiabilă. Utilizarea desalinizării este probabil să se extindă în următorii ani 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 apă uzată produsă și eliberată înapoi în ocean, precum și efectele dăunătoare asupra vieții marine la ambele capete ale procesului. Având în vedere că tot mai multe instalații devin operaționale pe măsură ce comunitățile caută surse de apă mai reziliente la climă, desalinizarea nu va dispărea. Noile tehnologii pot reduce unele dintre impacturile sale asupra mediului.

Consumul de energie

Marea 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 acum acestea sunt în mare parte limitate 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 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 surse regenerabile precum vântul și soarele poate oferi o fiabilitate mai mare în perioadele de producție fluctuantă de energie. Valorificarea energiei oceanice pentru desalinizare este un alt domeniu de cercetare emergent.

În plus, o serie de tehnologii în curs de dezvoltare vizează obținerea unei eficiențe energetice mai mari în desalinizare. Osmoza directă este o tehnologie incipientă care promite. O alta implică utilizarea desalinizării termice la temperatură joasă, care evaporă apa la temperaturi mai scăzute pentru a reduce consumul de energie și apoi o reconstituie în formă lichidă. Tehnologii mai puțin energofage precum aceasta s-ar putea potrivi bine cu energiile regenerabile, așa cum este detaliat în acest studiu al National Renewable Energy Lab care explorează alimentarea desalinizării termice la temperatură joasă cu energie geotermală.

Impactul asupra vieții marine

Mai mult de jumătate din apa de mare utilizată în desalinizare ajunge ca apă uzată sărată amestecată cu substanțe chimice toxice care sunt adăugate în timpul purificării. Jeturi de înaltă presiune eliberează această apă uzată înapoi în ocean, unde amenință viața marină.

Un studiu recent a constatat că volumul de saramură din acea apă uzată este cu 50% mai mare decât se estimase anterior. Standardele pentru eliberarea apei uzate în ocean variază considerabil. În unele regiuni, în special Golful Arabic, Marea Roșie, Marea Mediterană și Golful Oman, instalațiile de desalinizare sunt frecvent grupate, deversând continuu apă caldă în apele de coastă puțin adânci. Acest lucru poate crește temperatura și salinitatea apei de mare și poate reduce calitatea generală a apei, afectând negativ ecosistemele marine de coastă.

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

Modificările de proiectare pot reduce numărul organismelor marine ucise în acest proces, inclusiv utilizarea de conducte mai mari pentru a încetinesc admisia apei, permițând peștilor să înoate și să scape înainte de a fi prinși. Noile tehnologii pot reduce cantitatea de apă uzată care se varsă în mare și pot dispersa mai eficient aceste deșeuri pentru a atenua impactul asupra vieții marine. Însă aceste intervenții pot funcționa doar dacă sunt adoptate și aplicate corespunzător.

Spre mai multe date, standarde mai bune

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

Depășesc beneficiile impactul asupra mediului?

Potrivit Națiunilor Unite, aproximativ 2,3 miliarde de oameni trăiesc în țări cu deficit de apă. 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 pe măsură ce seceta se intensifică și rezervele de apă dulce se epuizează.

Managerii de apă și factorii de decizie politică știu că desalinizarea nu poate fi singura soluție pentru securitatea apei. Este prea scumpă și nu garantează o aprovizionare nelimitată de apă dulce fără consecințe asupra mediului pentru populația noastră globală în continuă creștere. În schimb, trebuie combinată cu tehnologii inteligente de conservare a apei pentru a preveni risipa în sectoarele agricol, rezidențial, extractiv și industrial. Investiția în conservarea apei reprezintă o strategie alternativă cu costuri de mediu mult mai mici.

Orașele cu deficit de apă din întreaga lume arată cum se poate realiza conservarea printr-o combinație de restricții de utilizare și strategii inovatoare, cum ar fi reciclarea apei uzate (greywater) și reutilizarea apelor reziduale. În 2021, de exemplu, Las Vegas, Nevada, a impus o interdicție permanentă a gazonului decorativ — una dintre numeroasele restricții pe care orașul le-a impus utilizării apei, deoarece principala sa sursă de apă, Lacul Mead, atinge niveluri periculos de scăzute. În același timp, districtul de apă din regiune utilizează un proces tehnologic avansat de tratare a apelor uzate pentru a purifica apa uzată 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.

Umanitatea va trebui să folosească toate mijloacele disponibile—și câteva trucuri 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 vor fi cu siguranță printre acestea, dar desalinizarea trebuie cuplată cu standarde solide și consecvente și cu aplicarea acestora pentru a se asigura că costurile nu depășesc beneficiile.