Odsalanie wody morskiej nadzieją dla globu. Na razie Izrael je blokuje w Strefie Gazy

W ataku przeprowadzonym 7 października 2023 przez palestyński Hamas w Izraelu zginęło ponad 1500 osób. Dwa dni później (9 października) Izrael odciął dostawy wody i prądu do Strefy Gazy. Jest w niej jedna elektrownia, której 11 października zabrakło paliwa – większość jego dostaw zapewniał również Izrael.

Przed 9 października Izrael dostarczał do Strefy Gazy trzema rurociągami 18 milionów metrów sześciennych wody rocznie, co zaspokaja niespełna 10 procent tamtejszych potrzeb. Resztę, około 200 mln metrów sześciennych, produkowali sami Palestyńczycy.

Niemal 80 procent wody w Gazie pochodzi ze studni głębinowych. Bliskość morza sprawia, że jest to woda zasolona. Nadaje się do potrzeb domowych, ale nie nadaje się do picia.

Jedynie 20 procent wody w Gazie pochodzi ze stacji odsalania. Dwie z nich zasilane są przez tamtejszą elektrownię. Jedna, zbudowana na południu Strefy dzięki pomocy Unii Europejskiej, zasilana jest energią słoneczną.

Pod międzynarodową presją 15 października Izrael wznowił dostawy wody – ale najpierw tylko do południowej części Strefy Gazy i ograniczone do jednej trzeciej wcześniej objętości. Tydzień później — zwiększył do dwóch trzecich.

6,8 litra wody dziennie na osobę

Izrael twierdzi, że w Gazie nie ma kryzysu humanitarnego i że „monitoruje sytuację”. Jakie zapasy wody mają Palestyńczycy w Strefie Gazy, nie wie tak naprawdę nikt, bo kontrolujący Strefę Hamas nie udziela takich informacji.

Biuro Narodów Zjednoczonych ds. Koordynacji Pomocy Humanitarnej (Office for the Coordination of Humanitarian Affairs, OCHA) podawało, że 24 października Izrael wznowił pełne dostawy rurociągiem południowym wynoszące 600 tysięcy litrów na godzinę.

Jak wylicza Biuro, to 14,4 miliona litrów dziennie. Taka ilość stanowi jedną trzecią ilości dostarczanej przez Izrael do Gazy przed październikiem. W Strefie Gazy mieszka około 2,1 miliona ludzi, którzy mają dziś 6,8 litra wody dziennie na osobę, podawał “Times of Israel”.

Według Światowej Organizacji Zdrowia zaspokojenie podstawowych codziennych potrzeb (w tym higienicznych) wymaga od 50 do 100 litrów wody na osobę. WHO zakłada jednak, że w sytuacjach kryzysowych jest to mniej, 15 litrów, a w początkowych stadiach takich kryzysów przez ograniczony czas podstawowe potrzeby może zaspokoić 7,5 litra.

21 października Egipt wpuścił ciężarówki z pomocą humanitarną przez przejście graniczne w Rafah. Strefa Gazy jest bowiem blokowana przez Izrael od 2005 roku, a przez Egipt od 2007 roku, by ograniczyć dostawy broni dla Hamasu.

Na marginesie trzeba dodać, że premier Izraela Beniamin Netanjahu, odkąd zasiadł w fotelu premiera w 2009 roku, prowadził politykę wzmacniania Hamasu, by osłabić władze Autonomii Palestyńskiej na Zachodnim Brzegu Jordanu. Taki podział: Autonomia we wschodniej palestyńskiej enklawie, Hamas w południowej, zmniejszał szanse na powstanie niepodległego państwa palestyńskiego.

Ale wróćmy do wody.

Potentat w odsalaniu

Od początków powstania państwa w 1948 roku Izraelczycy wiedzieli, że będą musieli radzić sobie z bardzo ograniczonymi zasobami wody. W bliskowschodnim klimacie niewiele wyrośnie bez nawadniania.

Jedna z państwowych firm wodociągowych, Netafim, jeszcze w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku stała się pionierem systemów nawadniania kroplowego, które pozwala znacząco ograniczyć straty wody przy nawadnianiu upraw.

W miarę rosnącej populacji Izraela stało się oczywiste, że istniejące zasoby wody nie wystarczą. Zaczęto poważnie myśleć o odsalaniu wody morskiej. W tym także pomogło państwo – izraelskie ministerstwo finansów zapewniło długoterminowe pożyczki i inwestowało w firmy pracujące nad tą technologią. Brak wody, który mógł hamować rozwój, stał się jednym z motorów rozwoju gospodarki.

Nie stało się to za darmo. Cena odsolenia jednego metra sześciennego wody jest w Izraelu jedną z najniższych na świecie (nieco poniżej 70 centów), konsumenci płacą jednak za nią niemal trzy razy więcej (w 2022 roku było to 2,20 dolara za metr sześcienny).

Dziś z instalacji odsalających pochodzi 80 procent wody w Izraelu. Przede wszystkim jednak w kraju działa kilkaset (tak!) firm zajmujących się technologią odsalania wody. Ich wartość szacowana jest na 2 miliardy dolarów, a technologia odsalania stała się towarem eksportowym.

Jak odzyskać wodę z morza?

Jednym z najprostszych rozwiązań jest destylacja, czyli podgrzewanie wody morskiej, by wyparowała, a następnie skroplenie czystej pary wodnej.

Jest to technologia bardzo energochłonna. Ze wszystkich cieczy akurat woda wymaga najwięcej energii do podgrzania (czyli ma najwyższe ciepło właściwe). Z tego samego powodu najbardziej energożernymi urządzeniami w naszych domach są zazwyczaj czajniki elektryczne.

Podgrzanie litra wody o osiemdziesiąt stopni, z temperatury pokojowej do wrzenia, wymaga 93 watogodzin. Zakładając nieuchronne straty ciepła, można przyjąć około 110 watogodzin, czyli nieco ponad jedną dziesiątą kilowatogodziny.

Z pozoru to niewiele, ale destylacja metra sześciennego (czyli tysiąca litrów) wody, pochłonie 100 kilowatogodzin. Przy dzisiejszych cenach produkcji energii elektrycznej kosztować to nas będzie trzydzieści złotych (licząc średni koszt produkcji energii z węgla, gazu lub turbin wiatrowych na poziomie około 30 groszy za 1 kWh).

Jak więc odsolenie wody w Izraelu może kosztować kilkadziesiąt centów za metr sześcienny?

Destylacja próżniowa i rzutowa

Jest kilkanaście różnych sposobów na odsalanie wody, ale dwie najbardziej powszechne technologie to destylacja próżniowa i odwrócona osmoza.

Destylacja próżniowa wykorzystuje fakt, że temperatura wrzenia zależy także od ciśnienia. Im niższe, tym niższa temperatura wrzenia. Na Kasprowym Wierchu (1987 m n.p.m.) woda wrze w temperaturze ok. 93°C. W Himalajach, na szczycie Mount Everest (8848 m n.p.m.) wystarczy już tylko 68°C.

W destylacji próżniowej stosuje się jeszcze niższe ciśnienia, co pozwala na wrzenie wody w temperaturze zbliżonej do pokojowej. Pod ciśnieniem dwadzieścia razy niższym niż atmosferyczne (50 hektopaskali) woda wrze w 30 ºC. Oczywiście i tak trzeba dostarczyć energię do obniżających ciśnienie pomp próżniowych, ale potrzeba jej mniej niż do zagotowania wody przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym.

W praktyce do odsalania wody morskiej stosowano wieloetapową rzutową destylację próżniową, ale to nadal proces energochłonny. Wymaga 23-29 kilowatogodzin na odsolenie metra sześciennego wody.

Wszystko zmieniła odwrócona osmoza.

Osmoza, ale odwrócona

Posolony plaster ogórka lub pomidora szybko pokrywa się wodą. Ściany komórkowe są półprzepuszczalne i przepuszczają wodę znacznie łatwiej niż sól. Taki układ dąży do równowagi stężeń soli po obu stronach, więc woda przenika tam, gdzie soli jest więcej. Ten proces nazywany jest osmozą.

Można wymusić proces odwrotny, czyli przenikanie wody w odwrotną stronę (tam, gdzie stężenie soli jest mniejsze), jeśli roztwór znajdzie się pod ciśnieniem. To właśnie proces odwróconej osmozy.

Wymaga odpowiednich błon (czyli membran), a działanie pomp również wymaga energii. Potrzeba jej znacznie mniej niż w przypadku destylacji, około 2 kilowatogodzin na metr sześcienny wody. To pięćdziesiąt razy mniej niż przy destylacji i dziesięć razy mniej niż przy wieloetapowej destylacji rzutowej.

Dla sukcesu odwróconej osmozy kluczowe było stworzenie odpowiednich półprzepuszczalnych błon. Pierwszy raz proces odsalania wody w ten sposób przeprowadzono w 1949 roku (na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles) i był to proces niezwykle mało wydajny. Sposób na wydajną membranę opatentowano ponad trzydzieści lat później, w 1981 roku.

A gdy patent wygasł w 2001 roku, technologia stała się znacznie tańsza.

Miliardy litrów słodkiej wody z morza

Zakład odsalania wody morskiej Sorek w Izraelu, 15 km od Tel Awiwu, kosztował aż 500 mln dolarów. Jest jednak potężny i produkuje ponad 600 tysięcy metrów sześciennych wody pitnej dziennie – to ponad pół miliarda litrów na dobę.

Do niedawna była to największa tego typu instalacja na świecie, przegoniły ją jednak te budowane w krajach Zatoki Perskiej. Stacja w Ras al-Chair w Arabii Saudyjskiej produkuje okrągły milion metrów sześciennych słodkiej wody na dobę. Zakład Dżebel w Dubaju, w Zjednoczonych Emiratach Arabskich – ponad 2,2 mln metrów sześciennych.

Wszystkie instalacje do odsalania wody morskiej mają jedną zasadniczą wadę. Gdy zabraknie prądu – przestaje płynąć słodka woda. Bez energii nie ma odsalania.

Czy naprawdę nie ma innych sposobów na odsalanie wody niż te za pomocą elektryczności?

Odsalanie bez prądu

Istnieją pasywne systemy odsalania wody, które odparowują wodę za pomocą słonecznego ciepła. Mają jednak tę wadę, że szybko zatykają je wytrącające się kryształki morskiej soli, które trzeba regularnie usuwać. Jeśli zaś nie chcemy często usuwać soli, proces odsalania staje się bardzo powolny i mało wydajny.

Zaradzili temu niedawno inżynierowe z amerykańskiego Massachusetts Institute of Technology. Opracowali urządzenie, które naśladuje cyrkulację termohalinową w oceanach – słona woda jest cięższa, więc opada, słodsza jako lżejsza unosi się do góry. Rozwiązuje to problem wytrącania się kryształów soli i nie zmniejsza wydajności odsalania.

Prototyp ich urządzenia jest rozmiarów niewielkiej walizki i może odsolić od 4 do 6 litrów wody morskiej na godzinę. Naukowcy szacują, że ich rozwiązanie jest trwałe, a urządzenie może działać przez kilkanaście lat. Uzyskana tak woda jest niezwykle tania – jest tańsza niż dostarczana wodociągiem.

Wynalazcy twierdzą, że większe urządzenia oparte na tej samej zasadzie działania mogłyby zaspokoić dzienne zapotrzebowanie na wodę kilku osób w gospodarstwie domowym. Zapewne z czasem też powstaną takie instalacje odsalające wodę na skalę przemysłową.

Zanim ten wynalazek trafi pod strzechy, minie kilka lat, jednak to dobra wiadomość dla milionów. Niestety w XXI wieku dostępu do czystej wody nie ma nadal aż 750 milionów ludzi.

Odsalanie dla zamożnych

Czy odsalanie wody morskiej może uratować obszary zagrożone brakiem wody z powodu zmian klimatu? Już ratuje.

W Stanach Zjednoczonych wodę odsala się na Florydzie, w Teksasie i w Kalifornii.

Nie bez powodu jednak większość instalacji powstaje w krajach zamożnych. Kosztu budowy instalacji przemysłowych jest bardzo wysoki. Jedyny zakład odsalania wody w Indiach — dostarcza wodę dla miliona mieszkańców Ćennaju (Madras), gdzie mieszka dziesięć milionów ludzi — kosztował 140 milionów dolarów.

Odsalanie ma też swoją brudną stronę — z każdym litrem wyprodukowanej wody w powstaje półtora litra skoncentrowanej solanki, najczęściej zanieczyszczonej jonami miedzi. Wylewanie jej z powrotem do oceanu szkodzi zwierzętom i roślinom i niszczy lokalne ekosystemy.

Trzeba ją oczyszczać i rozcieńczać, co także podnosi koszt produkcji słodkiej wody.

Woda wszędzie i dla każdego

Przede wszystkim jednak odsalanie to sposób na wodę tam, gdzie nie jest zbyt daleko do brzegu morza i oceanu. W maju 2022 roku naukowcy donieśli, że odkryli tani materiał (koszt produkcji kilograma wynosi około dwóch dolarów), który doskonale chłonie parę wodną z powietrza. A jest ona obecna nawet w bardzo suchym klimacie.

Przy wilgotności 30 proc. i temperaturze 30 stopni jest nieco ponad 10 gramów pary wodnej w metrze sześciennym powietrza. Materiał ten może pochłonąć nawet 13 litrów wody na dobę. Tona takiej mieszaniny pozwoli zatem wyprodukować 13 tysięcy litrów wody na dobę. Wodę można z niej łatwo odzyskać nawet bez energii elektrycznej — ogrzewając mieszaninę za pomocą słońca i czekając aż para wodna skropli się po zmierzchu.

To oznacza źródło wody nawet tam, gdzie jest daleko do morza lub oceanu, nawet tam, gdzie nie ma sieci elektrycznej – czyli wszędzie, gdzie odsalanie jest niemożliwe.

Na czasy katastrofy klimatycznej i suszy na wielkich obszarach globu to wreszcie jakaś dobra wiadomość.

Cykl „SOBOTA PRAWDĘ CI POWIE” to propozycja OKO.press na pierwszy dzień weekendu. Znajdziecie tu fact-checkingi (z OKO-wym fałszometrem) zarówno z polityki polskiej, jak i ze świata, bo nie tylko u nas politycy i polityczki kłamią, kręcą, konfabulują. Cofniemy się też w przeszłość, bo kłamstwo towarzyszyło całym dziejom. Rozbrajamy mity i popularne złudzenia krążące po sieci i ludzkich umysłach. I piszemy o błędach poznawczych, które sprawiają, że jesteśmy bezbronni wobec kłamstw. Tylko czy naprawdę jesteśmy? Nad tym też się zastanowimy.