بحران آب و چالش های نمک زدایی از آب دریا
جیم رابینز*
کارخانه نمک زدایی « کلود باد» لوئیس کارلسباد در ساحل کالیفرنیا روزانه 50 میلیون گالن آب شیرین به سان دیگو ارائه می کند.
پس از چندین دهه پیشرفت آهسته، اینک در سراسر جهان از نمک زدایی به طور فزاینده ای برای تأمین آب آشامیدنی استفاده می شود. اکنون اگر چه هزینه های پردازش آب نمک برای تامین آب آشامیدنی کاهش یافته است، اما این گزینه همچنان گران محسوب می شود و برای محیط زیست مشکل آفرین است.
در 30 مایلی شمال سن دیه گو، در امتداد ساحل اقیانوس آرام، کارخانه نمک زدایی « کلود باد» قرار دارد که به لوئیس کارلسباد تعلق دارد و بزرگترین تلاش در آمریکای شمالی برای تبدیل آب شور به آب شیرین شناخته می شود.
روزانه 100 میلیون گالن آب دریا از طریق غشاهای نیمه تراوا عبور می کند تا 50 میلیون گالن آب قابل آشامیدن را برای شهروندان روانه سیستم لوله کشی شهری کند. کارخانه کارلسباد که در سال 2015 به طور کامل عملیاتی شد، حدود 10 درصد از آب شیرین مورد نیاز 3.1 میلیون نفر از مردم منطقه را تولید می کند که هزینه تولید آن، تقریباً دو برابر دیگر منبع اصلی آب است.
گران است، بله اما با در نظر گرفتن این واقعیت که محلی و قابل اعتماد است، حیاتی به نظر می رسد. «جرمی کراچفیلد»[1]، مدیر منابع آب سن دیگو می گوید: «خشکسالی یک پدیده تکراری در کالیفرنیا است. ما به تازگی از خشکسالی پنج ساله رها شده ایم. این نیروگاه، وابستگی ما را به منابع وارداتی کاهش داده است. گاهی اوقات کمبود آب در کالیفرنیا چالش برانگیز می شد ولی اینک این کارخانه، نقطه اتکا و اطمینان ماست.»
کارخانه دیگری هم در ساحل هانتینگتون کالیفرنیا با ظرفیت تولید روزانه 50 میلیون گالن در حال ساخت است. در حال حاضر 11 کارخانه نمک زدایی در کالیفرنیا فعالیت می کنند و ساخت ۱۰ کارخانه دیگر هم پیشنهاد شده است.
مدت زیادی است که از آغاز عملیات نمک زدایی-که به طور خلاصهde-sal [2] خوانده می شود – می گذرد. از چندین دهه پیش گفته بودند روزی آب شور اقیانوس ها، شیرین و عطش جهان را برطرف خواهد ساخت اما پیشرفت ها در این حوزه بسیار کند بوده است.
اما اکنون این روند در حال تغییر است، زیرا نمک زدایی در بسیاری از نقاط جهان در حال اجرا است. عوامل متعددی زمینه ساز همگرا شدن برای راه اندازی کارخانه های جدید هستند. جمعیت در بسیاری از مناطق دارای تنش آبی، از جمله بخش هایی از چین، هند، آفریقای جنوبی و ایالات متحده، به ویژه در آریزونا و کالیفرنیا افزایش یافته است. علاوه بر این، خشکسالی -که بخش مهمی از آن ناشی از تغییرات آب و هوایی است- در بسیاری از مناطقی رخ می دهد که چندی پیش تصور می شد ذخایر آبی آن ها فراوان است.
سن دیگو یکی از این مکان ها است. با بارندگی 12 اینچ در سال و برخوردار از شرایط آب و هوای مدیترانه ای مناطق جنوبی کالیفرنیای جنوبی و عدم وجود آب های زیرزمینی. این منطقه، نیمی از آب مورد نیاز خود را از رودخانه کلرادو دریافت می کند. میزان برفی که در کوه های راکی می بارد و در آن رودخانه عظیم جاری می شود، در دو دهه گذشته بسیار کاهش یافته است. به گفته برخی محققان، این فرآیند ممکن است بخشی از خشک شدن دائمی غرب آمریکا باشد. تغییر آب و هوا یک پدیده بسیار واقعی برای مدیران آب در سراسر جنوب غربی آمریکا و جاهای دیگر است.
رشد نمک زدایی در سراسر جهان ۲۰۲۰-۱۹۶۰
نمک زدایی در یک دهه اخیر به طور پیوسته در حال رشد بوده است. (جونز و همکاران ، Science of the Total Environment ، 2019 ) در همین حال، خوشبختانه هزینه آب نمک زدایی شده با پیشرفت تکنولوژی و افزایش هزینه منابع دیگر کاهش یافته است. در سه دهه گذشته، بیش از نصف هزینه های دستگاه های آب شیرین کن کاهش یافته است.
ولی این همه پیشرفت، دسترسی به دریا به مفهوم منبع جدیدی از آب شیرین نیست! «مایکل کیپارسکی»[3] از موسسه آب ویلر وابسته به دانشگاه کالیفرنیا می گوید: « افزایش جمعیت، کاهش منابع آب سطحی موجود یا تخلیه یا آلودگی آب های زیرزمینی، مشکلات حادی هستند و باید انتخاب هایی صورت گیرد.»
وی همچنین می گوید: «مکان هایی در سراسر جهان از جمله در منطقه خاورمیانه وجود دارد که در آن ها انجام عملیات نمک زدایی از نظر اقتصادی منطقی است، جایی که فشار زیادی بر منابع آب وجود دارد در عین حال، منابع انرژی هم وجود دارد.»
طرفداران نمک زدایی اذعان دارند که اگر این صنعت بخواهد همچنان به روند رشد خود ادامه دهد، باید با برخی مسائل جدی زیست محیطی مقابله کرده و آن ها را حل کند. نمک زدایی به مقدار زیادی انرژی نیاز دارد که در حال حاضر در بسیاری نقاط جهان با مصرف سوخت های فسیلی تأمین می شود. «کیپارسکی» همچنین هشدار می دهد که با گرم شدن کره زمین به مصرف میزان بیشتری سوخت فسیلی نیاز داریم. این امر منجر به انتشار گازهای گلخانه ای بیشتر می شود. علاوه بر این، نگرانی های جدی در مورد آسیب به زندگی گونه های دریایی به خاطر ورود پسماندها و فاضلاب فوق شور این کارخانجات وجود دارد.
در حال حاضر در سطح جهان، بیش از 300 میلیون نفر -از ساکنان مناطق مختلف جهان از جنوب غربی ایالات متحده گرفته تا چین- آب شرب مورد نیاز خود را از کارخانه های آب شیرین کن تامین می کنند.
اولین کارخانه های آب شرین کن در مقیاس بزرگ در سال 1960 ساخته شد و در حال حاضر حدود 20 هزار مرکز تاسیساتی در سراسر جهان وجود دارد که آب دریا را به آب شیرین تبدیل می کنند. پادشاهی عربستان سعودی، با داشتن منابع آب شیرین بسیار اندک و هزینه انرژی ارزان برای سوخت های فسیلی، بیشترین حجم آب شیرین جهان را تولید می کند که معادل یک پنجم کل مصرف جهان است.
استرالیا و اسرائیل نیز دیگر بازیگران اصلی هستند. هنگامی که خشکسالی هزاره از اواخر دهه 1990 تا سال 2009 جنوب شرق استرالیا را فرا گرفت، مخازن آب منطقه به کمترین حد از ظرفیت ذخیره سازی خود کاهش یافت. در مواجهه با بحران، ملبورن، پٍرت و دیگر شهرها دست به کار گسترده ای در زمینه ساخت کارخانه نمک زدایی زدند. ساخت این کارخانجات در سال 2017 حدود 3.5 میلیارد دلار هزینه در بر داشت ولی اکنون یک سوم آب مورد نیاز را تأمین می کند. نکته بسیار مهم این است که در نظر داشته باشیم در طول 20 سال گذشته، میزان بارندگی این منطقه در 18 سال زیر سطح متوسط بوده است.
اسرائیل نیز همه در حال شیرین سازی آب دریاست. پنج کارخانه بزرگ در حال کار است و برای ساخت پنج کارخانه دیگر نیز برنامه ریزی شده است. در حال حاضر، کمبود مزمن آب مسئله ای است که به گذشته تعلق دارد زیرا بیش از نیمی از نیازهای داخلی کشور با شیرین سازی آب دریای مدیترانه تامین می شود.
اما با وجود نیاز مبرم به منابع آبی، کارخانه های نمک زدایی در هر خط ساحلی ساخته نمی شوند. مهمترین موانع هزینه احداث کارخانه و هزینه پردازش آب است. اداره آب سان دیه گو برای پمپاژ هر هکتار فوت آب تأمین شده از رودخانه کلرادو و دلتا رودخانه ساکرامنتو، سان خوآکین و از صدها مایل دورتر به کالیفرنیای جنوبی حدود 1200 دلار می پردازد. تامین همین مقدار آب از کارخانه کارلسباد – که برای تامین یک خانواده پنج نفره به مدت یک سال کافی است – حدود 2200 دلار هزینه در بر دارد. همچنین آب های دریاچه مید – مخزن سد رودخانه کلرادو در مرز نوادا و آریزونا که آب سن دیگو را تأمین می کند- به سرعت در حال کاهش است و ممکن است در چند سال آینده، دیگر نتواند آب سن دیه گو را تأمین کند.
مشکلات زیست محیطی
با این حال، نمک زدایی با مشکلات جدی زیست محیطی روبرو است.
دو نوع نمک زدایی وجود دارد: حرارتی که آب را گرم می کند و سپس تراکم آن را می گیرد و دیگری اسمز معکوس که آب دریا را از طریق منافذ غشایی که چندین برابر کوچکتر از قطر موی انسان است، از طریق منافذ غشایی عبور می دهد. این مولکول های نمک را به دام می اندازد، اما اجازه می دهد تا مولکول های کوچک تر آب از آن عبور کنند.
هر دو روش به مصرف مقدار زیادی انرژی نیاز دارند و انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از این مکانیسم- به ویژه در خاورمیانه، جایی که از سوخت های فسیلی برق تولید می کنند- سهم به سزایی در گرمایش زمین دارند.
آثار زیست محیطی دیگری نیز وجود دارد. برای استحصال یک گالن آب شیرین به دو گالن آب دریا نیاز داریم. این بدان معناست که گالن باقی مانده، نمک آلود است که در دریاها و اقیانوس ها دفع می شود و اگر این کار به درستی انجام نگیرد، می تواند اقیانوس را از اکسیژن تهی کرده و تأثیر منفی بر زندگی جانوران دریایی داشته باشد.
دست کم گرفتن!
مطالعه موسسه آب، محیط زیست و سلامت سازمان ملل متحد که در اوایل سال جاری منتشر شد، ادعا می کند که مشکل زباله های شور و نمک آلود 50 درصد دست کم گرفته شده است و هنگامی که این پسماندها با مواد شیمیایی مخلوط می شود تا از رسوب در سیستم ها جلوگیری شود، این آب نمک سمی، باعث آلودگی جدی خواهد شد.
مشکل دیگر ناشی از مکیدن آب دریا برای فرآوری است. وقتی ماهی یا موجودات بزرگ دیگر روی صفحه ورودی گیر می کند، می میرند یا مجروح می شوند. علاوه بر این، لارو ماهی، تخم مرغ و پلانکتون به سیستم مکیده شده و نابود می شوند.
« جسیکا جونز»، سخنگوی موسسه Poseidon Water ، که مالکیت کارخانه کارلسباد را در اختیار دارد، می گوید: «در هنگام مکش آب دریا، ما روزانه موجودات بسیار کوچکی را جذب می کنیم که وزنشان تقریباً معادل یک ماهی بالغ است. در عین حال ما برای کاهش این اثرات نامطلوب، آب ها را در 66 هکتار تالاب مخصوصی واقع در خلیج سن دیگو بازیابی می کنیم تا تأثیرات مخرب زیستی آن را کاهش دهیم.»
« هدر کولی» [4]، مدیر بخش تحقیقات در موسسه اقیانوس آرام، در مورد تاثیر نمک زدایی بر زندگی دریا معتقد است: ناشناخته های زیادی در این راستا وجود دارد. وی در ادامه می گوید: «نظارت زیادی در ساخت تأسیسات صورت نگرفته است. استراتژیی که به طور فزاینده ای برای از بین بردن یا کاهش این مشکل استفاده می شود این است که شوراب های دفع شده را زیر کف دریا دفن می کنند و از کف شنی اقیانوس به عنوان یک فیلتر طبیعی استفاده می شود! »
در سال 2016، کالیفرنیا متمم شیرین سازی را تصویب کرد که مقررات مربوط به مصرف و دفع آب نمک را سخت تر کرد. با این حال، طرفداران نمک زدایی ادعا می کنند که تغییرات اعمال شده دشوار بوده و حرکت به سوی آینده را کند می سازد.
آریزونا هم که همواره با کمبود آب مواجه است، در حال همکاری با مکزیک برای ساخت یک کارخانه آب شیرین کن است چون این ایالت به ساحل اقیانوس دسترسی ندارد.
تگزاس هم در حال حاضر 49 کارخانه آب شیرین کن دارد که آب شور را به صورت سطحی و زیر سطحی پردازش می کنند. سان آنتونیو در حال ساخت بزرگترین کارخانه پردازش آب شور کشور است که در مرحله اول، روزانه 12 میلیون گالن تولید می کند که برای مصرف 40 هزار خانواده کافی است. این کارخانه – که به H2Oaks معروف است- تا سال 2026 ، روزانه 30 میلیون گالن آب آشامیدنی تولید خواهد کرد.
«کولی» همچنین استدلال می کند که مقامات شهری قبل از ساختن کارخانه های نمک زدایی آب باید برنامه های حفاظتی را به طور کامل اجرا کنند و قبل از هر چیز، به طرح های استفاده مجدد از آب آشامیدنی و بازیافت فاضلاب توجه داشته باشند.
وی معتقد است: «منطقی است ابتدا به گزینه های ارزان تر توجه داشته باشید و تنها در صورت نیاز به گزینه های گران تر رو آورده و آن ها را توسعه دهید.»
*خبرنگار نیویورک تایمز
