Как энергия волн может упростить опреснение воды

Новое поколение небольших, модульных, мобильных устройств, работающих на волновой энергии, стремится решить самые серьезные проблемы опреснения воды.

Отредактировано 2023-17-07
Карлсбадский опреснительный завод в Карлсбаде КалифорнияМногие существующие опреснительные установки, например, Карлсбадская опреснительная установка в Южной Калифорнии, представляют собой крупные промышленные объекты, работающие на ископаемом топливе и производящие концентрированный рассол наряду с пресной водой в изобилии.

В мае 2022 года власти Калифорнии единогласно отклонили план строительства опреснительного завода в Хантингтон-Бич стоимостью 1,4 млрд. долл. По мнению чиновников, завод будет производить дорогостоящую воду и, возможно, нанесет вред морской среде. Это решение не было прямым отказом от опреснения воды, но оно высветило некоторые проблемы, которые сделали опреснение воды нецелесообразным решением водных проблем Калифорнии.

Драган Тутич, основатель и генеральный директор компании Oneka Technologies, считает, что крупные опреснительные установки, работающие на ископаемом топливе, - не единственный способ получения пресной воды из океана. Его компания готовится принести в небольшой город Форт-Брэгг на северном побережье Калифорнии то, что, по ее словам, является устойчивым и практичным опреснением воды.

Форт-Брэгг был лесозаготовительным городом, пока в 2002 году не закрылся завод компании Georgia-Pacific. Сегодня это популярное туристическое место с необорудованными пляжами, увенчанными скалистыми утесами, оживленными приливными бассейнами и пляжем, знаменитым морским стеклом.

Как и во всей Калифорнии, вода в Форт-Брэгге является ценным товаром. В городе всего три поверхностных источника воды: река Нойо и два небольших притока. В засушливые годы все три источника могут замедляться, а река Нойо может стать солоноватой, что ставит город перед угрозой нехватки воды.

"Мы в некотором роде застряли", - говорит Джон Смит, директор департамента общественных работ Форт-Брэгга. "Вот почему мы смотрим в сторону океана".

Идея опреснения воды вновь и вновь возникает в "Золотом штате", где перерасход грунтовых вод и сокращение водохранилищ являются серьезными проблемами. На первый взгляд, все просто: извлечь соль из обильной соленой воды, находящейся в море. Но типичные опреснительные установки очень велики, дороги в эксплуатации и небезопасны для окружающей среды, особенно если ресурсоемкий процесс осуществляется на ископаемом топливе. Например, опреснительный завод в Карлсбаде (Южная Калифорния), расположенный на площади 2,4 га, потребляет 246 156 мегаватт-часов электроэнергии в год, что эквивалентно потреблению примерно 23 000 домов.

Экспериментальное устройство опреснения воды компании Oneka не похоже на другие опреснительные установки Калифорнии: оно представляет собой буй шириной 6,5 м. Небольшая площадь - это бонус, но главное преимущество устройства заключается в том, что оно работает от океана. Когда буй движется взад-вперед вместе с волнами, он пропускает воду через фильтр, а затем через мембрану обратного осмоса, которая удаляет соли и другие мельчайшие частицы. "Удивительно просто, - говорит Смит.

Андреа Ачилли, инженер-химик и эколог из Университета Аризоны, не связанный с компанией Oneka, называет подобные устройства системами прямого опреснения. Прямое опреснение также может быть осуществлено с помощью солнечной энергии, которая может быть превращена в тепло и использована для термического опреснения. Проще говоря, термическое опреснение кипятит соленую воду, собирая пар и оставляя соль. Аналогичным образом буй "Онека" не берет энергию из внешнего источника - все необходимое есть на его борту. "Это очень хорошее использование энергии волн", - говорит Ачилли.

Более распространенные методы опреснения имеют и другие экологические проблемы, которых бую также удается избежать. При стандартном опреснении образуется рассол - сильно соленая взвесь, которую удаляют, чтобы сделать соленую воду пресной. Этот рассол необходимо обрабатывать и утилизировать. По словам Тутика, рассол, распространяемый буем Oneka, имеет низкую концентрацию, что позволяет сбрасывать его обратно в океан, где он практически не оказывает воздействия на окружающую среду.

Компания Oneka уже развернула эту технологию у берегов Флориды и Чили и вносила изменения в конструкцию по мере возникновения потенциальных проблем. По словам Тутика, одной из основных проблем было обеспечение достаточной прочности буя, чтобы он мог противостоять штормам. "Наша первая версия, которую мы развернули в 2015 и [2016] годах, была испытана; мы сломали большую ее часть в океане", - говорит он. "Но именно так мы и учились". По словам Тутика, последнее поколение может выдерживать шестиметровые волны и может быть легко отсоединено и перемещено в ожидании более экстремальных условий.

Пока на установке в Форт-Брэгге будет работать одно устройство, производящее около 50 тыс. литров пресной воды в день. Это не так много - достаточно для 43 средних домохозяйств, но Тутик говорит, что цель пилотного устройства - сбор данных о качестве воды и производительности системы, которые помогут компании внести уточнения и адаптации. В конечном итоге, по его словам, компания хотела бы установить целый ряд устройств. "Это модульная система", - говорит Тутик. "Вы можете приспособить несколько устройств, чтобы, по сути, производить столько воды, сколько вам нужно".

Акилли настроен менее оптимистично. "Энергетический потенциал энергии волн... действительно велик, потому что океан велик", - говорит он. Но, по его словам, возобновляемые источники энергии - это разбавленные формы энергии, поэтому для использования всего этого потенциала необходимо много материалов и ресурсов. Другими словами, необходимо большое количество буев.

По словам Смита, опреснение воды в Форт-Брэгге - это лишь часть стратегии города. В городе также имеется мобильная опреснительная установка для очистки солоноватой воды в реке Нойо и планируется строительство водохранилищ.

По словам Смита, буи Oneka не являются полным решением проблемы. Но пилотный проект связан не только с водой Форт-Брэгга. Это также доказательство концепции - способ продемонстрировать, что технологии и инженерные решения могут помочь в преодолении постоянных водных проблем штата. "Я считаю, что это отличное начало", - говорит он.