Cenou za odsolování je přebytek solanky

Mnoho faktorů zhoršuje nedostatek vody ve světě – populační růst, vyšší spotřeba vody na osobu, ekonomický růst, změny klimatu a znečištění. Mezi možnostmi zlepšení zásobování vodou je odsolování mořské vody a silně brakické vody vnímáno jako schůdné řešení zejména pro splnění potřeb domácností a obcí. Ale je tu jeden problém: při odsolování vzniká odpadní hyperslaný koncentrát zvaný „solanka“, který vyžaduje likvidaci, což je jednak drahé a jednak to přináší přidružené negativní dopady na životní prostředí.

Odsolování neboli desalinace je proces odstranění soli z vody tak, že takto získaná voda splňuje kvalitativní požadavky pro různé využití. Nová studie zčásti sponzorovaná Organizací spojených národů zjistila, že odsolování se využívá stále častěji a náklady se díky technologickému pokroku snižují. Také finanční a bezpečnostní obavy o konvenční vodní zdroje nutí státy přejít k desalinaci. Studie OSN nicméně ukázala, že je potřeba zlepšit nakládání se solankou, aby se omezily negativní dopady odsolování na životní prostředí a snížily ekonomické náklady.

Takové kroky by dále stimulovaly vývoj odsolovacích zařízení a ochránily vodní zdroje pro současné a budoucí generace.

Matka dává svému dítěti misku nezávadné vody - oblast Charsarda v pákistánské severozápadní provincii Khyber- Pakhtunkhwa silně postižená monzunovými záplavami v roce 2010. Foto OSN/UNICEF/ZAK

Současný stav vody

V Agendě 2030 vytyčila OSN 17 cílů udržitelného rozvoje (17 Sustainable Development Goals – SDGs), 169 globálních úkolů vztahujících se k těmto cílům a prováděcí opatření pro období 2015-2030. Byly navrženy jednotně a nedělitelně, s cílem zajištění rovnováhy sociálních, ekonomických a environmentálních aspektů trvale udržitelného vývoje. Nedostatek sladké vody je v přímém konfliktu s 6. cílem udržitelného rozvoje (SDG) zaměřeným na dostupnost čisté vody pro současné i budoucí generace.

V nedávné výroční zprávě o rizicích uvádí Světové ekonomické fórum (WEF) vodní krizi jako největší globální riziko z hlediska možných dopadů. Odhady tvrdí, že 40 % celosvětové populace čelí vážnému nedostatku vody, s očekávaným vzestupem na 60 % do roku 2025. Kromě toho v současnosti 66 % celosvětové populace (4 miliardy) zažívá vážný nedostatek vody alespoň jeden měsíc v roce. Země a oblasti trpící nedostatkem vody potřebují radikální revizi hospodaření s vodními zdroji. Tato sebereflexe musí zahrnout nápadité hledání realizovatelných avšak nekonvenčních vodních zdrojů, které zohledňují užití vody, způsob obživy, ekosystémy, přizpůsobivost vůči změnám klimatu a udržitelný rozvoj.

Počátky odsolování

První továrny na odsolování mořské vody využívaly především tepelné technologie umístěné na Středním Východě v oblastech bohatých na ropu ale s nedostatkem vody. Například před rokem 1980 bylo 84 % veškeré celosvětově odsolené vody vyrobeno dvěma hlavními tepelnými technologiemi. Dominanci tepelným technologiím sebral až vzestup membránové technologie po roce 1980, zejména reverzní osmóza (RO).

V roce 2000 byl objem odsolené vody získané tepelnými technologiemi přibližně srovnatelný s objemem získaným reverzní osmózou, a to 11,6 mil. m³/den, resp. 11,4 m³/den, což dohromady představovalo 93 % celkového objemu vody získané desalinací. Od roku 2000 stoupl jak počet, tak i kapacita zařízení pracujících na principu reverzní osmózy exponenciálně, zatímco tepelné technologie zaznamenaly pouze nepatrný vzestup. Aktuální produkce odsolené vody získané reverzní osmózou se nyní pohybuje na hodnotě 65,5 mil. m³/den, což je 69 % z celkového objemu vody vyrobené desalinací.

Zatímco téměř polovina z celkového počtu továren na odsolování vyrábí vodu pro průmysl, obce a města jsou co do množství největším spotřebitelem odsolené vody.

Obce a města (spotřeba pro potřeby obyvatel): 62,3 %

Průmyslové využití: 30,2 %

Odsolování je stále častější, zatímco voda vzácnější

Odsolování mořské vody může rozšířit vodní zdroje nad rámec toho, co je dostupné z koloběhu vody, a poskytuje neomezenou, na klimatu nezávislou a stálou dodávku vody vysoké kvality.

Téměř polovina globální odsolovací kapacity je umístěna v oblasti Středního Východu a Severní Afriky (48 %), přičemž hlavními producenty v této oblasti i v rámci celého světa jsou Saúdská Arábie (15,5 %), Spojené arabské emiráty (10,1 %) a Kuvajt (3,7 %). Východní Asie a Tichomoří vyrobí 18,4 %, Severní Amerika 11,9 % celosvětového množství odsolené vody, primárně kvůli velkým kapacitám v Číně (7,5 %) a USA (11,2 %). V provozu je 15 906 továren na odsolování mořské vody s celkovou odsolovací kapacitou přibližně 95,37 mil. m³/den (34,81 mld. m³/rok), což představuje 81 % z celkového počtu a 93 % z celkové kapacity doposud postavených odsolovacích továren.

Jaký je problém odsolování?

Využití ohromného potenciálu vody získané odsolováním zůstává výzvou kvůli specifickým omezením spojeným zejména s relativně vysokou finanční náročností a řadou environmentálních obav, jako je solanka coby vedlejší produkt. Bezpečná likvidace odpadní vody vzniklé při procesu odsolování je hlavní technickou a ekonomickou výzvou. Podle zprávy OSN se odhaduje, že produkce solanky se pohybuje kolem 142 mil. m³ za den.

Světová produkce solanky se soustřeďuje hlavně do oblasti Středního Východu a Severní Afriky, kde se vyrobí téměř 100 mil. m³ solanky denně, což odpovídá 70,3 % její celosvětové produkce. Produkce solanky v Saúdské Arábii, Spojených arabských emirátech, Kuvajtu a Kataru tvoří 55 % celosvětového podílu. Tato hodnota je přibližně dvojnásobkem objemu vody vyrobené odsolováním, což naznačuje, že odsolovací zařízení v této oblasti pracují s velmi nízkou průměrnou účinností získávání vody.

V porovnání s tím vyrábí všechny ostatní oblasti podstatně nižší objemy solanky, přičemž největší podíl má Východní Asie a Tichomoří (10,5 %), Západní Evropa (5,9 %) a Severní Amerika (3,9 %). Za povšimnutí stojí, že objem solanky vyrobený v těchto oblastech je podstatně menší než množství vody, které zde odsolováním vyrobí, což naznačuje vysokou účinnost získávání odsolené vody. Severní Amerika vyrábí o poznání nižší objem solanky než odsolené vody. V ostatních zeměpisných oblastech je produkce solanky přibližně stejná jako produkce odsolené vody. Země s vysokými příjmy vyrábí nejen většinu odsolené vody, ale stojí také za převážnou většinou celosvětové produkce solanky (77,9 %).

Například samotná Saúdská Arábie vyrobí 31,53 mil. m³ solanky denně, což odpovídá 22,2 % světového podílu. Dalšími třemi největšími producenty solanky jsou také země bohaté na ropu: Spojené arabské emiráty mají 20,2 % podíl na světové produkci solanky, Kuvajt 6,6 % a Katar 5,8 %. Dohromady tyto čtyři státy vyrobí 32 % celosvětového množství vody získané odsolováním a 55 % celosvětového množství solanky. V porovnání s tím vyrobí USA 10,9 mil. m³ odsolené vody za den (11,4 % světového podílu), ale vyrobí pouze 5,28 mil. m³ solanky denně (3,7 % světového podílu). Země s vyššími středními příjmy a nižšími středními příjmy a nízkopříjmové země produkují množství solanky objemově podobné s příslušnými odsolovacími kapacitami.

Odsolovací proces rozděluje přiváděnou vodu na dva proudy – proud sladké vody a koncentrovaný odpadní proud. Salinita odpadního koncentrátu závisí na salinitě vstupní vody a účinnost zpětného získávání vody závisí jednak na druhu odsolovací technologie a jednak na kvalitě použité vstupní vody.

Nakládání se solankou = nezbytný úkol blízké budoucnosti

Studii napsali výzkumní pracovníci Institutu pro vodu, životní prostředí a zdraví kanadského pracoviště Univerzity OSN (UNU-INWEH), nizozemské Univerzity ve Wageningenu a jihokorejského Institutu pro vědu a technologie Gwangju. Zanalyzovali nově aktualizovaný soubor dat – nejkomplexnější v historii, aby přehodnotili zastaralé světové statistiky o továrnách na odsolování mořské vody.

Autoři odhadují dramatický nárůst celosvětového počtu odsolovacích zařízení a objemu vyrobené solanky. Jejich zjištění také naznačují, že objem vyrobené solanky dalece přesahuje objem vody vyrobené odsolováním a že obecně přijatá množství objemu solanky jsou hrubě podhodnocená.

Zjištění ukazují na místně specifické podmínky, které také mohou ovlivnit účinnost odsolovacích zařízení. Například vliv odlišné salinity vstupní vody v rámci jedné kategorie (např. mořská voda) na účinnost odsolovacího procesu je často přehlížen. Dalšími faktory, které mohou ovlivnit účinnost konkrétního odsolovacího zařízení, jsou konkrétní provedení daného zařízení (např. druh membrány použité v odsolovacím procesu), požadavky na kvalitu vyrobené vody (např. salinita), energetické zdroje a postup likvidace solanky. Tradičně se používala řada metod likvidace solanky včetně přímého vypouštění do oceánů, povrchových vod nebo kanalizace, vstřikování do hlubokých studní a ukládání do odpařovacích nádrží.

Továrny na odsolování mořské vody v blízkosti oceánu (téměř 80 % solanky se vyrobí v pásu 10 km od pobřeží) nejčastěji vypouští neošetřenou odpadní solanku přímo zpět do mořského prostředí. Autoři uvádí hlavní rizika pro život v oceánech a mořský ekosystém, které představuje znečišťování oceánů toxickými chemikáliemi používanými v odsolovacím procesu jako antiskalanty a látky proti usazeninám. Jedná se zejména o měď a chlór.

Solanka má vyšší salinitu a tudíž i hustotu, než okolní voda. Následkem toho mohou vzniknout „spodní proudy solanky“, které „vyčerpávají rozpuštěný kyslík v okolních vodách,“ říká hlavní autor Edward Jones, který se přesunul z UNU-INWEH na Univerzitu ve Wageningenu v Nizozemsku. „Vysoká salinita a nižší hladina rozpuštěného kyslíku mohou mít silný dopad na bentické organismy, což může přivodit ekologické následky patrné v celém potravním řetězci.“

Kombinace těchto faktorů si žádá vývoj nových postupů pro nakládání se solankou, které budou jak ekonomicky proveditelné, tak šetrné pro životní prostředí. Studie také poukazuje na ekonomické příležitosti v podobě využití solanky v akvakultuře (např. k zavlažování druhů odolných vůči soli), k výrobě elektřiny a ke zpětnému získávání soli a kovů obsažených v solance, a to včetně hořčíku, sádrovce, chloridu sodného, vápníku, draslíku, chlóru, brómu, lithia a dalších. Nicméně dnešní technologie neposkytují takové možnosti zpětného získávání surovin, které by byly ekonomicky konkurenceschopné.

Portál CleanTechnica se obrátil na Dr. Qadira, zástupce ředitele UNU-INWEH, s několika otázkami ohledně odsolování a jeho vedlejších produktů:

Co může běžný člověk vědět o odsolování a jeho vedlejších produktech, pokud jeho obec uvažuje o odsolování, aby rozšířila své vodní zdroje?

Pro občany a obce zajímající se o odsolování je důležité, že kromě odsolené vody vzniká při technologii odsolování také hyperslaný roztok solanky, který je třeba zpracovat. Ve skutečnosti vyrobíme více solanky než odsolené vody.

Vezmeme-li v potaz celosvětový nárůst odsolování, jaké jsou nejreálnější způsoby snížení vedlejších produktů solanky?

Značné úsilí, inovace a výzkum jsou potřeba jednak k a) snížení objemu vyprodukované solanky (tj. zvýšit účinnost procesu odsolování) a jednak k b) ekonomicky proveditelnému a pro životní prostředí příznivému zpracování a využití vyrobené solanky. Objevuje se řada zajímavých možností využití solanky jako např. v akvakultuře nebo k zavlažování slanomilných rostlin, nicméně ty ještě nejsou připraveny pro širší využití. Zpětné získávání kovů a soli ze solanky je jednou z možností, zde však významnou překážkou pro širší využití zůstávají vysoké ekonomické náklady a energetická náročnost.

Redakčně upraveno

Zdroj:
Humans Worth Their Salt? The Price Of Desalination = Brine Disposal. Clean Technica [online]. 17. 1. 2019 [cit. 2019-02-07]. Dostupné z: https://cleantechnica.com/2019/01/17/humans-worth-their-salt-the-price-of-desalination-brine-disposal/

Zdroj obrázků bez autorských práv: Pixabay