น้ำทะเล ทางออกของปัญหาการขาดแคลนน้ำ โพสต์เมื่อ:
23:45 วันที่ 26 ก.ย. 2549 ชมแล้ว:
204,667  ตอบแล้ว:
7
ภาพโรงงานผลิตน้ำจืดในอิสราเอล
ด้วยเครื่องมือรุ่นใหม่ที่ถูกลงแต่มีประสิทธิภาพขึ้น การผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลอาจเป็นทางเลือกใหม่ในการต่อสู้กับปัญหาการขาดแคลนน้ำทั่วโลก
ดูเหมือนว่า ความพยายามที่ผ่านมาในการจัดหาน้ำจืดให้กับประชากรโลกยังไม่ประสบความสำเร็จ เพราะจากข้อมูลของ WHO ประชากร 1 พันล้านคนไม่อยู่ในพื้นที่ที่มีน้ำประปาที่สะอาด ประชากร 2.3 พันล้านคน หรือคิดเป็น 41% ของประชากรโลก อยู่ในที่ที่ขาดแคลนน้ำ คาดว่าตัวเลขนี้จะเพิ่มขึ้นเป็น 3.5พันล้านคนภายในปี 2025 ยิ่งไปกว่านั้น ประชากรโลกเพิ่มขึ้นปีละ 80ล้านคน ทำให้มีความต้องการน้ำสะอาดมากขึ้นไปอีก
อย่าคิดว่าประเทศที่ร่ำรวยจะปลอดภัยนะ ในเขตแห้งแล้งของอเมริกา หรือแม้แต่ประเทศอื่นๆ น้ำบาดาลกำลังน้อยลงทุกทีๆ ที่เหลืออยู่ก็เป็นน้ำกร่อยมากขึ้น ปัญหาสิ่งแวดล้อมก็ทำให้การสร้างเขื่อนลดลงอย่างมากในช่วงหลายสิบปีหลัง Thomas Hinkebein นักธรณีเคมี จาก Sandia National Laboratories, New Mexico กล่าวว่า เราจำเป็นต้องพัฒนาแหล่งน้ำใหม่ๆ เพราะตอนนี้เราก็คั้นน้ำทั้งหมดจากแหล่งที่มีอยู่แล้ว
ความกังวลเหล่านี้ทำให้ การผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเล (desalination) ซึ่งเป็นกระบวนการดึงเกลือและสารแขวนลอยต่างๆออกจากน้ำกร่อยและน้ำทะเล เป็นทางเลือกใหม่ที่กำลังมีบทบาทมากขึ้น จากข้อมูลในปี 2004 ของสภาการวิจัยของอเมริกาพบว่า มีโรงงานผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลมากกว่า 1,500 โรงงานในกว่า 125 ประเทศทั่วโลก คิดเป็นกำลังการผลิตน้ำ 32.4 ล้านคิวบิกเมตรต่อวัน หรือประมาณ 25% ของปริมาณที่ชาวอเมริกาใช้ในแต่ละปี เนื่องจากหลายพื้นที่ทั่วโลกกำลังประสบปัญหาขาดแคลนน้ำอย่างรุนแรงในระยะยาว ความต้องการน้ำจืดจากน้ำทะเลจึงเพิ่มมากขึ้นด้วย
แต่การผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลก็มีปัญหาอยู่เหมือนกัน เทคโนโลยีที่เป็นหัวใจของโรงงานผลิตน้ำจืดคือ การระเหยและ RO (reverse osmosis) ซึ่งเป็นการดันน้ำผ่าน membrane ที่เกลือผ่านไม่ได้ กระบวนการนี้ต้องใช้พลังงานมหาศาล คือต้องการไฟฟ้า 1.5-2.5 กิโลวัตต์-ชั่วโมง ในการผลิตน้ำจืด 1 คิวบิกเมตร และโรงงานกลั่นด้วยความร้อนใช้พลังงานมากกว่านี้ 10 เท่า ประเทศที่ร่ำรวยอย่างซาอุอาจจะจ่ายได้ แต่สำหรับประเทศอื่นๆ มันเป็นราคาที่แพงเกินไป
ถึงแม้ว่าราคาจะเป็นปัญหาใหญ่ แต่การผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลกำลังได้รับความสนใจเป็นพิเศษในช่วงหลังนี้เพราะด้วยการออกแบบทางวิศวกรรมใหม่ๆ อย่างนาโนเทคโนโลยีและโพลีเมอร์รุ่นใหม่ ทำให้ต้นทุนการผลิตลดลงอย่างมาก ขณะนี้ก็มีงานวิจัยในด้านนี้จำนวนมาก และยังมีความร่วมมือในการแบ่งปันความรู้ในด้านนี้ด้วย Dr. Anne Mayes จาก MIT เชื่อว่าเราจะได้เห็นเทคโนโลยีใหม่ๆที่ไม่เคยมีมาก่อนพัฒนาขึ้นเร็วๆนี้แน่นอน
การผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเล มีมาตั้งแต่สมัยโบราณแล้ว อริสโตเติลและฮิปโปเครติสได้อธิบายการทำให้น้ำทะเลระเหยให้ได้น้ำจืดตั้งแต่ 400 ปีก่อนคริสตกาล ในยุคปัจจุบันเริ่มมีการผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 ช่วงกลางยุค 1950 ก็มีโรงงานผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลเป็นร้อยโรงงานแล้ว โดยช่วงแรกจะเน้นเทคนิคการทำให้ระเหย เทคนิคนี้มีราคาแพงแต่ก็ได้รับความนิยมในตะวันออกกลาง เพราะเหมาะกับลักษณะน้ำในอ่าวเปอร์เซียที่มีเกลือและสารแขวนลอยมาก ส่วนในที่อื่นๆ โรงงานรุ่นใหม่ๆจะใช้เทคนิค RO เพราะใช้พลังงานน้อยกว่ามาก
โดยปกติน้ำจะเคลื่อนจากที่ที่มีความเข้มข้นของเกลือน้อยไปที่มีความเข้นข้นของเกลือมากกว่า ใน RO การจะดันน้ำให้วิ่งกลับทางที่ควรเป็นต้องใช้แรงดันอย่างมาก หรือประมาณ 6 megapascals ซึ่งต้องใช้พลังงานไฟฟ้า 10-15 กิโลวัตต์-ชั่วโมงในการผลิตน้ำ 1 คิวบิกเมตรในอดีต ช่วงปี 1980-2000 มีการพัฒนาปั๊มและอุปกรณ์ในโรงงาน RO ทำให้ใช้พลังงานลดลงครึ่งหนึ่ง และหลังจากปี 2000 พลังงานที่ใช้ก็ลดลงอีกครึ่งหนึ่งจากการพัฒนาห้องกู้พลังงาน ที่ปรับแรงดันจากน้ำเกลือที่เสียทิ้งไปที่น้ำเกลือ lotใหม่ที่เข้ามาซึ่งมีความดันต่ำกว่า ทำให้เก็บพลังงานได้มากถึง 97% ช่วยลดราคาการผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลเหลือเพียงประมาณ ครึ่งดอลลาร์ต่อน้ำ1คิวบิกเมตร
คาดว่าราคาจะยังคงลดลงเรื่อยๆ โดยการผสานเทคโนโลยีเดิมกับเทคโนโลยีใหม่ของ membrane ความดันต่ำ และความก้าวหน้าด้านอื่นๆ ในปีนี้เองการผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลได้ใช้พลังงานน้อยเป็นประวัติการณ์ คือ 1.58 kWh/น้ำ1คิวบิกเมตร ซึ่งต่อครัวเรือนจะคิดเป็นพลังงานที่ใช้เปิดหลอดไฟ 80วัตต์เท่านั้น ถึงกระนั้นก็ยังมีจุดให้พัฒนาได้อีกมาก โดยเฉพาะ membrane ที่เป็นหัวใจของระบบ RO ซึ่งไม่ได้มีการเปลี่ยนแปลงเลยใน 40 ปีที่ผ่านมา เพราะแผ่นโพลีเมอร์ก็ทำงานได้ดีอยู่แล้ว
แผ่น membrane นี้ต้องทำหน้าที่ที่ขัดกันสองอย่างพร้อมๆกัน คือ ต้องให้น้ำผ่านด้วยอัตราเร็วที่มากพอ ในขณะเดียวกันก็ต้องกันไม่ให้เกลือผ่านด้วย เมมเบรนที่ใช้ทั่วไปเป็น aromatic polyamides กันเกลือผ่านได้ 99.9% เพราะมันมีประจุที่ผลักเกลือได้ และภายใต้แรงดันสูง น้ำก็จะละลายผ่านเมมเบรนไปอีกด้าน aromatic polyamides นี้ทำงานดีมากจนนักวิจัยเพิ่งเริ่มจะมาคิดพัฒนาให้มันดีขึ้นไปอีกเมื่อเร็วๆนี้เอง อุปสรรคสำคัญคือ มันต้องใช้แรงดันและพลังงานมากในการดันน้ำผ่านเมมเบรน และยังอาจมีสารออร์แกนิกมาปิดเมมเบรนทำให้น้ำผ่านไม่ได้ด้วย ซึ่งวิธีแก้ก็คือการใช้คลอรีน แต่ปัญหาที่ตามมาคือคลอรีนจะไปทำลายพันธะที่เชื่อมโพลีเมอร์เข้าด้วยกัน ทำให้รูใหญ่ขึ้นและเกลือผ่านไปได้ Dr. Benny Freeman นักเคมีโพลีเมอร์จากมหาวิทยาลัยเท็กซัส จึงได้พัฒนาโพลีเมอร์ชนิดใหม่ที่ทนต่อคลอรีนทำจาก sulfonated polysulfones ซึ่งพบว่าเมมเบรนชนิดใหม่นี้ให้น้ำผ่านได้มากกว่า กันเกลือผ่านได้ 99% และยังไม่พบว่าย่อยสลายหลังจากใช้งานไป 8000 ชั่วโมงแบบเมมเบรนเดิม ซึ่งหมายความว่าเราอาจไม่ต้องคอยเปลี่ยนเมมเบรนเลยก็ได้ ขณะนี้ทีมของ Dr. Freeman กำลังพัฒนาเมมเบรนให้กันเกลือได้มากกว่า 99%
ส่วน Dr. Mayes กำลังคิดพัฒนาเมมเบรนเช่นกัน แต่ด้วยวิธีที่ต่างไป ทีม MIT ได้ผลิตเมมเบรนจากโมเลกุลโพลีเมอร์ที่มีลักษณะเหมือนหวี โดยแกนของหวีเป็น polyvinylidene fluoride (PVF) ที่ผลักน้ำ ส่วนฟันของหวีเป็น polyethylene oxide (PEO) ที่ดึงดูดน้ำ เมื่อโพลีเมอร์ฟอร์มตัวเป็นเมมเบรน ส่วน PEO จะวางตัวเป็นวงกลม ก่อให้เกิดรูขนาด 2 นาโนเมตร ที่น้ำผ่านได้เร็วมาก และไม่มีปัญหาต้องเปลี่ยนใหม่เช่นกัน เพราะมันจับน้ำได้ดีมากจนไม่มีที่เหลือให้สารออร์แกนิกมาจับ ปัญหาตอนนี้คือรูมีขนาดใหญ่เกินไป เกลือจึงผ่านได้ดีเช่นกัน แต่มันก็มีประโยชน์ในการดักจับสารที่มีขนาดใหญ่ๆก่อนจะผ่านเข้าระบบ RO ขณะนี้ทางทีมกำลังหาวิธีเติมประจุไปที่เมมเบรน หรือสร้าง PEO ให้สายสั้นลงรูจะได้เล็กลง เพื่อช่วยขับเกลือออกได้
Dr. Bakajin นักฟิสิกส์จาก Lawrence Livermore National Laboratory ก็สนใจการพัฒนาเมมเบรนที่มีรูขนาดเล็กเช่นกัน จากการคำนวณหลายปี พบว่าน้ำสามารถวิ่งผ่านท่อคาร์บอนขนาด 1-2 นาโนเมตรได้รวดเร็วมาก ทางทีมจึงได้ผลิตแผ่นกรองที่ทำจากเมมเบรนเล็กๆ 89 ชั้น ที่ทำด้วย silicon nitride และมีรูพรุนจากท่อนาโนคาร์บอนเป็นพันๆท่อ พบว่าแรงดันเพียงหนึ่งบรรยากาศ (100 kPa) น้ำก็ผ่านได้มากเป็นพันเท่าของที่คาดไว้แล้ว อย่างไรก็ดีการทดลองนี้ใช้น้ำจืด ไม่ใช่น้ำทะเล นักวิจัยยังไม่ทราบสาเหตุว่าทำไมท่อนาโนคาร์บอนจึงใช้งานได้ดีนัก แต่ถ้าสามารถพัฒนาให้มันแยกเกลือออกไปได้ด้วยก็จะช่วยลดพลังงานในการผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลได้มหาศาล
นอกจากนี้ก็ยังมีการคิดค้นวิธีอื่นๆอีก หนึ่งในนั้นคือ forward osmosis คือให้น้ำผ่านตามความเข้นข้นของสารโดยธรรมชาติ ก็จะทำให้ไม่ต้องใช้แรงดันเลย เทคนิคก็คือแยกน้ำจืดกับน้ำเค็มให้อยู่คนละด้านของเมมเบรน จากนั้นก็เติมน้ำตาลลงไปในน้ำจืดให้มากพอ จนน้ำในน้ำเค็มแพร่ผ่านมา ปัญหาก็คือคุณจะได้น้ำหวานแทนน้ำจืด Dr. Elimelech วิศวกรจากมหาวิทยาลัยเยล จึงได้ใช้เกลือแอมโมเนีย เช่น ammonium bicarbonate แทนน้ำตาล พบว่าน้ำแพร่เข้ามาได้ดีโดยไม่ต้องใช้แรงดัน หลังจากนั้นก็ต้มน้ำที่ 58 องศาเซลเซียส ก็จะได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซแอมโมเนียที่แยกออกจากน้ำได้โดยง่าย กระบวนการนี้ก็จะถูกมากถ้าเราสามารถนำความร้อนที่เกิดขึ้นไปใช้งานต่อได้
นักวิจัยทีมอื่นๆก็ศึกษาเรื่องการนำความร้อนมาใช้ประโยชน์เช่นกัน ได้แก่ เทคนิค dewvaportion ของ Dr. Beckman และเทคนิค membrane distillation ของ Dr. Sirkar ทั้งสองวิธีนี้คล้ายๆกันคือทำให้น้ำระเหยเป็นไอผ่านเมมเบรนไปอีกห้องที่มันกลั่นตัวเป็นน้ำอีกที ซึ่งขณะนี้กำลังอยู่ในระหว่างการทดสอบการนำไปใช้ได้จริง ข้อดีของระบบนี้คือสามารถนำไปปรับใช้กับความร้อนที่เกิดจากงานอื่นๆได้ เช่นจากโรงงานอุตสาหกรรม หรือแม้แต่พลังงานแสงอาทิตย์ ซึ่งน่าจะมีประโยน์สำหรับประเทศกำลังพัฒนา หรือใช้เป็นตัวเสริมของระบบ RO เดิม เพราะตอนนี้โรงงาน RO ผลิตน้ำจืดจากน้ำทะเลได้ประมาณ 50-70% เท่านั้น และยังต้องมีการกำจัดกากของเสียที่เกิดขึ้น ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีราคาแพง แต่วิธีใหม่นี้สามารถระเหยน้ำได้เกือบหมด เหลือเพียงผลึกเกลือค้างอยู่ มันก็จะช่วยประหยัดเงินได้มาก
ขณะนี้ยังไม่แน่นอนว่าเทคนิคใหม่ๆเหล่านี้จะสามารถนำมาใช้ได้จริงในการผลิตน้ำจำนวนมากพอสำหรับประชาชนทุกครัวเรือน ได้ดีกว่าโรงงานผลิตที่ใช้อยู่หรือไม่ แต่เนื่องจากแต่ละชุมชนก็มีความต้องการน้ำแตกต่างกันไปทั้งคุณภาพ และแหล่งน้ำ ดังนั้นทุกๆเทคนิคจึงอาจนำมาใช้ได้ขึ้นกับว่ามันเหมาะกับชุมชนแบบไหน และไม่ต้องกลัว มีคนรอใช้น้ำอยู่มากมายแน่นอน
ข้อมูลจาก
- Desalination Freshens Up. Science 2006;313:1088-1090
|
จำนวน 7 ความเห็น, หน้า่ | -1-  ความเห็นเพิ่มเติมที่ 1 26 ก.ย. 2549 (23:51)
ภาพเปอร์เซนต์การดึงน้ำจากแหล่งที่มีอยู่มาใช้
|
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 2 26 ก.ย. 2549 (23:56)
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 4 25 ส.ค. 2550 (09:56) น่าสนใจมากๆๆๆเลย เด็กเรียน (IP:203.113.67.39)
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 5 4 ก.ย. 2550 (12:51) เยี่ยมทีเดิม yakuzakuru@hotmail.om (IP:61.91.204.18)
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 6 17 ต.ค. 2550 (17:14) มีการคิดวิธีอื่นอีกมั้ย ที่เป็นอุปกรณ์พกพาอ่ะ ผมว่าน่าจะดีมากเลยและใช้อะไรที่มันง่ายๆ ได้น้ำจืดใช้ anulak.soungthong@gmail.com (IP:203.156.56.15)
ความเห็นเพิ่มเติมที่ 7 30 ม.ค. 2551 (12:39) เนื้อหาสาระดีมากเลย อุ๊บอิ๊บ (IP:58.147.40.212)
|
อืมเป็นอะไรที่น่าสนใจจริงๆๆ
