氣候變化、天旱、人口增長(cháng)和工業(yè)發(fā)展,令本世紀用水需求不斷上升,令人擔心飲用水會(huì )供不應求。按國際海水淡化組織最新數據,現時(shí)全球共有13,080所海水淡化工廠(chǎng),每天可生產(chǎn)總共55.6萬(wàn)立方米飲用水,僅占全球可用水0.5%,現在已經(jīng)掀起海水淡化革命。
地球上雖然水源豐富,但超過(guò)97%鹽分過(guò)高不適宜飲用,只靠河流、湖泊或地下水提供食水。氣候變化、天旱、人口增長(cháng)和工業(yè)發(fā)展,令本世紀用水需求不斷上升,令人擔心飲用水會(huì )供不應求。按聯(lián)合國統計,當前超過(guò)10億人仍生活在缺乏水源的地方,人數于2025年更可能上升至18億。
四面臨水用不得
無(wú)疑,海洋能提供無(wú)限水源,但由于含有鹽分,要經(jīng)過(guò)淡化才可飲用。按國際海水淡化組織最新數據,現時(shí)全球共有13,080所海水淡化工廠(chǎng),每天可生產(chǎn)總共55.6萬(wàn)立方米飲用水,僅占全球可用水0.5%。淡化工程所需能源大、成本高,過(guò)往只有油價(jià)低和缺乏水源的國家使用。不過(guò),時(shí)至今日水源缺乏不再是單一地區問(wèn)題,全球大多數地區人民正活在長(cháng)期旱災及水源不足,令海水淡化需求大增,連加州、倫敦及多個(gè)澳洲城市亦計劃興建淡化工廠(chǎng)。
雖然有關(guān)工程有助解決飲用水不足,但過(guò)往仍未獲所有人認同。環(huán)保團體指,一個(gè)大型海水淡化工廠(chǎng)每年所用能源,便等同3萬(wàn)戶(hù)家庭用電量。過(guò)程亦會(huì )排放溫室氣體,又會(huì )令海洋生物誤闖機械造成傷亡。但隨著(zhù)科技進(jìn)步,淡化成本已大大降低,澳洲便有化淡工廠(chǎng)轉用風(fēng)力發(fā)電來(lái)運作。
技術(shù)源自糖廠(chǎng)
早在16世紀,歐洲探險家已在一次航海中,透過(guò)煮沸減少海水鹽分,踏上海水淡化第一步,但真正轉折點(diǎn)便要追溯至1850年美國制糖工業(yè)。當年工程師NorbertRillieux發(fā)明利用多效蒸餾來(lái)提煉結晶糖,原理是運用一連串小密室,讓每一密室逐步減壓,隨后密室的能源需求便逐步下降,加上較前密室所生成熱能可重復給予余下密室使用,能源消耗量便下降超過(guò)8成,大大節省制糖成本,有關(guān)技術(shù)便被引入海水淡化。
可惜,只有少量多效蒸餾海水淡化工廠(chǎng)面世,因為海水礦物質(zhì)會(huì )沉淀在熱能轉換面,阻礙能源轉換。及后,新技術(shù)“thermal-desalination”(熱力去鹽)解決了這問(wèn)題,海水蒸發(fā)過(guò)程無(wú)須再經(jīng)過(guò)熱能轉換面,但工程卻需大量熱蒸汽。因此,熱能海水淡化工廠(chǎng)須興建在發(fā)電站旁,能源消耗極大。
技術(shù)不斷改良
其后,美國科學(xué)家開(kāi)始研究以滲透膜阻隔可溶水鹽分,希望把產(chǎn)量提高。初期,逆滲透作用只能出產(chǎn)少量飲用水,成效不大,直到1960年SidneyLoeb和SrinivasaSourirajan制成新種滲透膜,能阻隔可溶水鹽分,他們發(fā)現在較濃的溶液上施壓便能生成“逆轉滲透作用”,因而令產(chǎn)量大大增加。
但“逆轉滲透作用”并非完美,海水的可溶微粒會(huì )堵塞滲透膜,事前要利用過(guò)濾器和化學(xué)物料來(lái)去除,滲透式膜亦須定期清洗。一般來(lái)說(shuō),每公升海水含有33至37克可溶微粒,但要轉化成飲用水便須大費周章。至70年代,經(jīng)交鏈反應(cross-linkingreaction)程序處理的全新逆滲透膜面世,不但能增加水流量,更能承受不同酸堿度及溫度轉變,有關(guān)技術(shù)自此壟斷淡化工業(yè)。
80年代,首間大型處理海水的逆滲透作用工廠(chǎng)在沙特阿拉伯建成,當時(shí)每生產(chǎn)一立方米飲用水要每句鐘花上8千瓦電力。
逆滲透作用能源消耗大,科學(xué)家便研究以能源恢復器(energy-recoverydevice)降低消耗量,效能由初期75%提升至96%,令淡化工程每句鐘所花的電力減少至3.7千瓦。改良后的滲透膜和能源恢復器有助減低成本,每立方米飲用水大約由90年代的1.50美元降至2003年的0.5美元,日后大多海水淡化工程采用此法?,F時(shí),科學(xué)家仍不斷研制更好的滲透膜以減少能源消耗。
海水經(jīng)處理后被分隔出來(lái)的鹽分濃度偏高,擔心直接排出海洋會(huì )影響生態(tài),但已有研究指當鹽分排出海水后,在500米海域內便能回復正常濃度,至今仍未有科學(xué)家能提供充分理?yè)?,證明鹽分高海水會(huì )對環(huán)境造成長(cháng)遠影響。