氣候變化、天旱、人口增長和工業發展,令本世紀用水需求不斷上升,令人擔心飲用水會供不應求。按國際海水淡化組織最新數據,現時全球共有13,080所海水淡化工廠,每天可生產總共55.6萬立方米飲用水,僅占全球可用水0.5%,現在已經掀起海水淡化革命。
地球上雖然水源豐富,但超過97%鹽分過高不適宜飲用,只靠河流、湖泊或地下水提供食水。氣候變化、天旱、人口增長和工業發展,令本世紀用水需求不斷上升,令人擔心飲用水會供不應求。按聯合國統計,當前超過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
無疑,海洋能提供無限水源,但由于含有鹽分,要經過淡化才可飲用。按國際海水淡化組織最新數據,現時全球共有13,080所海水淡化工廠,每天可生產總共55.6萬立方米飲用水,僅占全球可用水0.5%。淡化工程所需能源大、成本高,過往只有油價低和缺乏水源的國家使用。不過,時至今日水源缺乏不再是單一地區問題,全球大多數地區人民正活在長期旱災及水源不足,令海水淡化需求大增,連加州、倫敦及多個澳洲城市亦計劃興建淡化工廠。
雖然有關工程有助解決飲用水不足,但過往仍未獲所有人認同。環保團體指,一個大型海水淡化工廠每年所用能源,便等同3萬戶家庭用電量。過程亦會排放溫室氣體,又會令海洋生物誤闖機械造成傷亡。但隨著科技進步,淡化成本已大大降低,澳洲便有化淡工廠轉用風力發電來運作。
技術源自糖廠
早在16世紀,歐洲探險家已在一次航海中,透過煮沸減少海水鹽分,踏上海水淡化第一步,但真正轉折點便要追溯至1850年美國制糖工業。當年工程師NorbertRillieux發明利用多效蒸餾來提煉結晶糖,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8成,大大節省制糖成本,有關技術便被引入海水淡化。
可惜,只有少量多效蒸餾海水淡化工廠面世,因為海水礦物質會沉淀在熱能轉換面,阻礙能源轉換。及后,新技術“thermal-desalination”(熱力去鹽)解決了這問題,海水蒸發過程無須再經過熱能轉換面,但工程卻需大量熱蒸汽。因此,熱能海水淡化工廠須興建在發電站旁,能源消耗極大。
技術不斷改良
其后,美國科學家開始研究以滲透膜阻隔可溶水鹽分,希望把產量提高。初期,逆滲透作用只能出產少量飲用水,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,他們發現在較濃的溶液上施壓便能生成“逆轉滲透作用”,因而令產量大大增加。
但“逆轉滲透作用”并非完美,海水的可溶微粒會堵塞滲透膜,事前要利用過濾器和化學物料來去除,滲透式膜亦須定期清洗。一般來說,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,有關技術自此壟斷淡化工業。
80年代,首間大型處理海水的逆滲透作用工廠在沙特阿拉伯建成,當時每生產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,科學家仍不斷研制更好的滲透膜以減少能源消耗。
海水經處理后被分隔出來的鹽分濃度偏高,擔心直接排出海洋會影響生態,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,至今仍未有科學家能提供充分理據,證明鹽分高海水會對環境造成長遠影響。