Woda, a globalne ocieplenie

0
477

Woda, a globalne ocieplenie

Globalne ocieplenie postępuje i przypuszczalnie nie istnieje jeszcze żaden sposób na jego powstrzymanie (przy dzisiejszych możliwościach technicznych). Istnieje możliwość, że nieco spowolni w wyniku jakiejś znaczniejszej erupcji wulkanicznej (stratowulkanu), ale proces ocieplenia po jakimś czasie znów powróci.

Oczywiście na postępujące ocieplenie nie wpłynie ograniczanie wydobycia węgla, czy ropy i ich spalanie, co przy stosowaniu coraz doskonalszych filtrów staje się również coraz mniej szkodliwe dla naszego zdrowia. Powstający w wyniku tej działalności dwutlenek węgla nie dostaje się do stratosfery i nie ma wpływu na klimat. Dodam jednak, że dzięki postępowi technicznemu uzyskaliśmy już dziś tańsze metody pozyskiwanie energii i wydobycie węgla w sposób naturalny będzie ograniczane. Działania konkurencyjnych przemysłów, ich lobby, aktywizacja tzw. ekologów, wcale tego procesu nie przyśpieszają, a tylko przyczyniają się do wzbudzania niepokojów społecznych. Liczą się przede wszystkim nasze potrzeby i ekonomia.

W jednym i drugim wypadku (ocieplenia, lub jego powstrzymania w wyniku erupcji wulkanicznych),  bardzo ważne będą dla nas kwestie związane z wodą.

W wyniku ocieplenia proces topnienia lodowców spowoduje znaczne podniesienie poziomu wód i oceanów, a w konsekwencji zalanie ogromnych obszarów (w tym gruntów o przeznaczeniu rolniczym). W jakiś sposób przyroda bronić się będzie przed tym zjawiskiem sama, gdyż wzrośnie również wielkość opadów, ale tysiące lat naszej działalności spowodowała, że woda ta w znacznie mniejszym stopniu zostaje absorbowana na lądach. Najczęściej, już uregulowanymi rzekami spływa z często zabetonowanych obszarów ponownie do morza.

Kolejnym problemem związanym z ociepleniem, ale też z tak znacznym wzrostem demograficznym (od 1,5 mld w początkach XX wieku do aż około 7,8 mld obecnie) jest brak wody pitnej. Według danych WWF (World Wide Fund for Nature, Światowy Fundusz na rzecz Przyrody) obecnie ponad miliard osób na całym świecie ma poważny problem z dostępem do wody pitnej. ONZ szacuje, że do 2025 roku 14 proc. ludności świata zostanie dotknięta brakiem wody pitnej. Dotyczy to nie tylko krajów w pobliżu równika, ale nawet Polski.

Przyroda sama się nie obroni. Proces ocieplania jest znacznie szybszy niż możliwości absorbowania wody na lądach. W czasie wcześniejszych ociepleń dochodziło do zatapiania ogromnych obszarów (zaginął nawet cały kontynent, po którym zostały tylko wyspy). I nie wiązało się to oczywiście z działalnością człowieka. To zresztą bardzo dziwna skłonność naszego umysłu. Stając przed jakimś problemem w pierwszej kolejności szukamy winnych, a dopiero znacznie później zastanawiamy się jak dany problem rozwiązać. Tak zachowywaliśmy się na przykład przez tysiąclecia wobec chorób zakaźnych, obwiniając o nie bogów, a także rozmaite mniejszości: religijne, seksualne itd.

Podobnie i wobec klimatu i jego skutków. Znów przede wszystkim szukamy winnych, jakby ich znalezienie mogło cokolwiek zmienić. Proponowane zmiany również dalekie są od istoty i zrozumienia problemu. Często hasła tzw. ekologów podobne są do tych, które głosili luddyści – burzyciele maszyn. Nie rozumieją, że stopniowe przechodzenie do energii fotowoltaicznej było możliwe właśnie dzięki temu, że kiedyś oparliśmy naszą gospodarkę na węglu i ropie.  Warto zresztą przypomnieć, że to wydobycie węgla w znacznej mierze powstrzymało wycinanie lasów. Kto wie, czy gdyby nie węgiel, nie znaleźlibyśmy się na całym globie w sytuacji ludów Wyspy Wielkanocnej.

Od tych bardzo ogólnych uwag przejdę do konkretów. Czy rzeczywiście jesteśmy bezsilni i czy nie możemy przed niezależnymi od nas zjawiskami (globalnym ociepleniem) się bronić? Możemy, i w jakiejś mierze już to robimy. Przykładem zalesianie pogranicznych terenów pustyń (Sahara, Gobi, pustynie w Izraelu). Powstały już tam liczące tysiące kilometrów leśne mury o szerokości kilkunastu kilometrów. Przykładem też różne programy dotyczące retencji (na przykład w Polsce).

Postępują również badania nad wykorzystywaniem wody morskiej, jej odsalaniem. Woda pokrywa ponad 70 procent (niemal ¾) powierzchni naszej planety. Mimo to ponad 1,2 miliarda ludzi ma problem z dostępem do wody pitnej. Niestety, w stosunku do całości zasobów wodnych planety, wody słodkie stanowią zaledwie ok. 2,5%. Jakby tego było mało, z tej niewielkiej części większość (ok. 69%) to woda uwięziona w pokrywie lodowo-śnieżnej Antarktydy i innych rejonów arktycznych (np. Grenlandia) – dla nas niedostępna. Magazynem wody słodkiej są też wody gruntowe do głębokości 100 metrów – stanowią one ok. 30% zasobów wody słodkiej.

Powyżej użyłem określenia: postępują badania, to niewłaściwe określenie. Jak stwierdził Jamie Pittok, kierujący w WWF programem wody pitnej: tempo budowy zakładów odsalania wody morskiej rośnie w postępie geometrycznym. Według oceny tej organizacji na świecie istnieje już około tysiąca zakładów odsalania wody morskiej. Największą aktywność w tym zakresie wykazują się: Australia, kraje Bliskiego Wschodu, Hiszpania, USA, Indie i Chiny. W krajach Zatoki Perskiej aż około 69 procent wody pitnej uzyskuje się z odsalanej wody morskiej.  W Australi Perth stara się pokryć jedną trzecią swego zapotrzebowania na świeżą wodę tą metodą.

Wspomniany wyżej Pittok dostrzega jednak głównie negatywne aspekty tej aktywności. Zwraca uwagę na to, że wykorzystywanie w procesie odsalania jako źródła energii paliw kopalnych wpływa na  zmiany klimatyczne i przyczynia się do przyśpieszenia globalnego ocieplenia. Arabia Saudyjska na przykład zużywa dziennie około 300 000 baryłek ropy w celu odsolenia wody morskiej, zapewniając około 60%  całego zapotrzebowania na wodę pitną w kraju.

Zakłady odsalania wody ponadto, pobierając wodą z morza, niszczą drobne formy życia – plankton, ikrę, narybek, a większość solanki (wody o wysokim stężeniu soli) pozostałej po procesie odsalania odprowadza się z powrotem do morza, co zwiększa stopień zasolenia wód i może zagrozić morskim ekosystemom. Pittok wskazuje na przykład Kalifornii i Florydy, gdzie planowana jest budowa wielkich zakładów odsalania wody na zamkniętych obszarach. Jego zdaniem odprowadzenie solanki do zatoki może zanieczyścić tam trawę morską i ryby.

W ostatnim aspekcie ma rację, czy jednak nie można wymusić na właścicielach tych zakładów pozyskiwania soli (mogłaby być wykorzystywana w celach przemysłowych, w ostateczności składowana na lądzie).

Jeśli chodzi o wykorzystywanie paliw kopalnych, to o wpływie tego procesu na klimat już pisałem. Zresztą i tu dokonują się zmiany. Większość zakładów odsalania wody przechodzi na energię solarną. Dziś proces ten napotyka jeszcze na problemy związane z kosztami, ale te stopniowo maleją. Według raportu Banku Światowego kiedyś były aż trzy razy droższe od wykorzystania energii konwencjonalnej. Dzięki jednak wzrastającej wydajności oraz spadającym cenom energii solarnej oczekuje się, że koszty szybko zmaleją: od więcej niż 50 $ na 1 000 galonów dziś w państwach Środkowego Wschodu, do połowy tej ceny w połowie stulecia. Jednakże to wciąż za dużo, by uczynić odsalanie zasilane energią solarną opłacalnym bez dotacji ze strony rządu, nawet w takim miejscu jak Środkowy Wschód, w którym panują optymalne warunki słoneczne.

Innym powodem, dla którego inicjatywa okazuje się tak droga, jest konieczność wykorzystania dużej przestrzeni dla instalacji solarnych.

Mimo, dziś jeszcze, znacznych kosztów wykorzystywanie innych źródeł energii niż paliwa kopalne do procesu pozyskiwania wody pitnej staje się coraz bardziej powszechne.

Obiekt przeznaczony do odsalania wody wykorzystujący energię solarną powstał np. w gigantycznym parku solarnym zlokalizowanym w pobliżu Dubaju – Mohammed bin Rashid Al Maktoum Solar Park. System zasilany szeregiem paneli słonecznych i akumulatorów jest w stanie wyprodukować około 13 200 galonów (49 967 litrów) wody pitnej dziennie do użytku na miejscu.

Wprawdzie zakład do odsalania wody zasilany energią solarną w Dubaju jest raczej mały, to istnieją plany utworzenia znacznie większego w mieście Al Khafji w Arabii Saudyjskiej. Będzie on produkował około 16 mln galonów (ok. 60,6 mln litrów) wody pitnej dziennie – wystarczająco dużo, by zaopatrzyć w nią lokalną społeczność.

Tu użyję określenia postępują badania. Te obserwujemy tak w zakresie w procesie odsalania wykorzystywania energii solarnej, jak i w samym procesie odsalania.

Na trop metody łączącej akceptowalne koszty ze skutecznym odsalaniem wpadli wynalazcy z Uniwersytetu Stanforda. Odsalanie wody nowym sposobem polega na zastosowaniu dwóch elektrod ze srebra i tlenku manganu. Po włączeniu prądu do elektrody wykonanej ze srebra przyłączają się jony chloru, a na elektrodzie z tlenku manganu gromadzą się jony sodu. Metoda, choć obiecująca, nie gwarantuje jednak, na obecnym etapie badań, odsolenia na poziomie umożliwiającym picie wody. Jednorazowe zastosowanie tej metody usuwa około 50 proc. soli, a za wodę zdatną do spożycia uznaje się odsoloną w 98 proc. Wysiłki naukowców skupiają się teraz na takim ulepszeniu odkrytej technologii, by do otrzymania pitnej wody wystarczyło jednokrotne uzdatnianie.

Naukowcy z Masachusetts Institute of Technology Lenan Zhang i Lin Zhao wraz z chińskimi partnerami pracującymi na uniwersytecie Shanghai Jiao Tong opracowali proste urządzenie do odsalania wody przy pomocy energii słonecznej. Opracowany przez nich system składa się z wielu warstw płaskich parowników słonecznych i skraplaczy ustawionych w pionie i zakończonych przeźroczystą izolacją aerożelową. Płaskie panele pochłaniają ciepło, które wywołuje parowanie wody. Skrapla się ona w następnym panelu. Ciepło z kondensacji przechodzi do kolejnego procesu. Testy na dachu budynku MIT wykazały, że prototypowe urządzenie wytwarza wodę pitną w ilości około 5 l w ciągu godziny na każdy metr kwadratowy powierzchni pochłaniającej energię słoneczną. Urządzenie jest proste w budowie i tanie. Może stanowić tanie źródło wody pitnej nie tylko na suchych terenach przybrzeżnych.

Brytyjscy badacze zaprezentowali filtr zbudowany na bazie grafenu, który pozwala na szybkie i tanie uzyskanie wody pitnej z wody morskiej.
Naukowcy już wcześniej byli świadomi potencjału grafenu w możliwości odsalania wody. Na przeszkodzie jednak stał problem związany z pęcznieniem grafenowych sit zanurzonych w wodzie. Sito skutecznie hamowało niektóre związki, jednak było niewystarczające w przypadku soli. Grupa naukowców z Uniwersytetu w Manchesterze, którymi kierował doktor Rahul Nair, rozwinęła tą technologię i znalazła skuteczną strategię unikania obrzęku membrany po wystawieniu jej na działanie wody. Nowa technika polega na umieszczeniu filtrów między membranami z żywicy epoksydowej, co zapobiega puchnięciu filtra. Dzięki temu badacze mogę teraz precyzyjnie kontrolować rozmiar oczek w sicie, co pozwala na uzyskanie z wody morskiej wody zdatnej do picie. Filtr odsiewa także inne zanieczyszczenia.

W badania dotyczące pozyskiwania wody pitnej zaangażowane są i uczelnie polskie.  Jeden z projektów został stworzony przez Katarzynę Przybyłę z Politechniki Wrocławskiej. Doktorantka zdobyła dzięki niemu pierwsze miejsce w konkursie reThinking Competition, wyróżnienie w Evolo Skyscraper i wyróżnienie honorowe w Jacques Rougerie Competition (konkurs współorganizowany przez Francuską Akademię Naukową). Projekt, o którym mowa, został nazwany „Icemill – pure water global sustainability”. Doktorantka wykorzystała tutaj zjawisko odsalania przez zamrażanie. Sposób działania opiera się na zjawisku krystalizacji cząsteczek wody, co istotne, temperatura zamarzania czystej wody jest wyższa niż roztworu wody morskiej. Dlatego krystalizacji najpierw ulegają cząsteczki czystej wody, oddzielając się od roztworu w postaci lodu. Doktorantka proponuje budowę specjalnej konstrukcji o strukturze żyroskopu. Cylinder zewnętrzny służyłby do produkcji lodu i mógł się obracać niezależnie od części wewnętrznej. Wewnątrz cylindrów umieszczony lodowy młyn obracałby się zgodnie z trzyfazowym cyklem procesu odsalania: produkcji, czyszczenia i topienia lodu. Lód byłby wytwarzany w zbiornikach instalowanych na lodówkach. Zbiornik miałby formę zwężającego się cylindra, co ma wspomagać proces oczyszczania lodu. Solanka wypływałaby samodzielnie, a grawitacja ściągałaby ją ponownie do oceanu. Zamrażanie jest mniej energochłonne i tańsze, a ze względu na ujemną temperaturę roboczą znacznie redukuje korozję.

To tylko niektóre z przykładów poszukiwań rozwiązań istniejących problemów w tym zakresie. Zapewne jest ich znacznie więcej. Myślę, jednak, że czas najwyższy by doszło do większej koordynacji działań. Może trzeba przeznaczyć na badania większe środki w ramach ONZ, może w większym stopniu powinna się tu zaangażować Unia Europejska, inne organizacje międzynarodowe. To problemy dotyczące nas wszystkich.

Stajemy przed nimi już od tysięcy lat. Stawali przed nim Majowie, mieszkańcy Egiptu lub Grecji. Grecy, Egipcjanie i Rzymianie filtrowali wodę. O  metodach uzdatniania wody wspominają sięgające 2000 r. p.n.e. pisma sanskryckie. Dotychczas jednak w pożodze wojen i rewolucji gubiliśmy znaną już wiedzę. Czas najwyższy, by nauczyć się, że możemy postępować inaczej. Zamiast wydawać środki na zbrojenia, powinniśmy wydawać je na sprawy znacznie ważniejsze. Problemy retencji, uzdatniania wody – to główne wyzwania przed jakimi stoimy. Zaniechanie, lub nawet tylko opóźnianie działań w tym zakresie jest dla nas naprawdę groźne.

                                                  Piotr Kotlarz