p Os Estados Unidos e muitas outras partes do mundo estão sofrendo com os impactos de uma severa seca. Uma solução possível é a dessalinização da água do mar, mas é uma bala de prata? p O oeste dos Estados Unidos está enfrentando o que um paleoclimatologista chamou de "potencialmente a pior seca em 1, 200 anos. "A região teve muitas secas no passado, incluindo "megadroughts" nas últimas décadas, mas a mudança climática está tornando os anos secos mais secos e os úmidos mais úmidos. As temperaturas mais altas aquecem o solo e o ar mais rapidamente, e o aumento da evaporação seca o solo e diminui a quantidade de precipitação que chega aos reservatórios. O aquecimento também reduz a quantidade de neve necessária para reabastecer os rios, córregos, reservatórios e umedecer o solo na primavera e no verão.

p Cerca de 44% dos EUA estão passando por algum nível de seca, com quase 10% em "seca excepcional". Incêndios florestais ocorrem atualmente em 13 estados, agravado pelas condições quentes e secas. Houve cortes de água sem precedentes no rio Colorado - que fornece água para sete estados - e fechamentos de usinas hidrelétricas. Os aqüíferos das cidades que dependem de água de poço estão esgotados, forçando os residentes a andar de caminhão na água. Normalmente, a agricultura consome mais de 90 por cento da água em muitos estados ocidentais, mas a seca fez com que as safras despencassem; alguns agricultores reduziram suas áreas ou mudaram as safras para outras menos intensivas em água, enquanto outros provavelmente irão à falência. Os fazendeiros estão tendo que vender partes de seus rebanhos. Mas mesmo com os habitantes locais enfrentando essas dificuldades, mais pessoas estão se mudando para a área.

p Entre 1950 e 2010, a taxa de crescimento do sudoeste foi o dobro do resto do país. A população dos EUA deve continuar crescendo até 2040, com mais da metade desse crescimento em áreas que sofreram secas severas nos últimos dez anos. Muitas pessoas continuam a se mudar para uma área que deverá ficar ainda mais seca nos próximos anos, assim como o último relatório do IPCC prevê que as mudanças climáticas irão intensificar as secas nessas regiões.

p Todos os outros continentes do mundo também estão passando por graves secas, exceto para a Antártica. E a ONU alertou que mais 130 países podem enfrentar secas até 2100 se não fizermos nada para conter a mudança climática. Mas logo em 2025, dois terços da população global podem enfrentar a escassez de água, de acordo com o World Wildlife Fund. Isso pode resultar em conflitos, instabilidade política, e o deslocamento de milhões de pessoas.

p A escassez de água potável também pode dificultar a descarbonização da sociedade - algo que devemos fazer para evitar mudanças climáticas catastróficas - porque algumas estratégias para fazer isso podem prejudicar ainda mais os recursos hídricos. Hidrogênio verde, visto como a chave para eliminar as emissões da aviação, envio, caminhões, e indústria pesada, é produzido por eletrólise, que divide a água em hidrogênio e oxigênio. Contudo, o processo requer grandes quantidades de água purificada. Uma estimativa é que nove toneladas sejam necessárias para produzir uma tonelada de hidrogênio, mas, na verdade, o processo de tratamento usado para purificar a água requer o dobro de água impura. Em outras palavras, 18 toneladas de água são realmente necessárias para produzir uma tonelada de hidrogênio verde. Energia nuclear, visto pelo IPCC como uma ferramenta importante para alcançar nossos objetivos climáticos, também depende de água doce para resfriamento, mas com o aumento da escassez de água, as usinas nucleares podem ser forçadas a reduzir sua capacidade ou fechar.

p Onde tem água

p Embora a maior parte do nosso planeta seja coberta por água, apenas três por cento dela é água doce e apenas um terço dela está disponível para os humanos, já que o resto está congelado em geleiras ou é inacessível no subsolo. Enquanto isso, o aquecimento global continua derretendo mais geleiras a cada ano e aumentando a evaporação, diminuindo nossos recursos de água doce.

p Como resultado da escassez de água, algumas partes do mundo se voltaram para a dessalinização de água potável. A dessalinização (dessalinização) envolve a remoção de sal e minerais da água salgada, geralmente água do mar. Esse processo ocorre naturalmente à medida que o sol aquece o oceano - a água doce evapora da superfície e depois cai como chuva. Regiões áridas como o Oriente Médio e o Norte da África há muito dependem da tecnologia de dessalinização para obter água doce. Hoje, mais de 120 países têm fábricas de dessalinização, com a Arábia Saudita produzindo mais água doce por meio da dessalinização do que qualquer outra nação. Os Estados Unidos também têm várias fábricas de dessalinização, sendo a maior do hemisfério ocidental localizada em Carlsbad, CA. Uma nova usina de dessalinização de US $ 1,4 bilhão em Huntington Beach, É provável que CA seja aprovado em breve.

p Abordagens de dessalinização

p A dessalinização geralmente é feita de duas maneiras. A destilação térmica envolve a fervura da água do mar, que produz vapor que deixa o sal e os minerais para trás. O vapor é então coletado e condensado por meio de resfriamento para produzir água pura. O segundo método é a filtração por membrana, que empurra a água do mar através de membranas que retêm o sal e os minerais de um lado e permitem a passagem da água pura.

p Antes da década de 1980, 84 por cento da dessalinização usou o método de destilação térmica. Hoje, cerca de 70% da dessalinização do mundo é feita com um método de filtração por membrana chamado osmose reversa, porque é o método mais barato e eficiente. Na osmose natural, as moléculas se movem espontaneamente através de uma membrana de uma solução com menos substâncias dissolvidas para uma solução mais concentrada, equalizando os dois lados. Mas em osmose reversa, água mais salgada está se movendo através de uma membrana para uma solução menos salgada. Porque isso está trabalhando contra a osmose natural, a osmose reversa requer alta pressão para empurrar a água através das membranas semipermeáveis. A água doce resultante é então esterilizada, geralmente com luz ultravioleta.

p Preocupações com a dessalinização

p Embora a dessalinização possa ser a única solução para algumas regiões, é caro, consome muita energia e tem impactos ambientais prejudiciais.

p "A dessalinização da água do mar é uma das formas mais caras de obter água, "disse Ngai Yin Yip, professor assistente de engenharia ambiental e terrestre na Universidade de Columbia. "Isso tem a ver com o fato de que tirar o sal da água não é uma coisa fácil de fazer. Mas temos que ter água - não há substituto para a água. Portanto, pode ser caro. Mas o fato de que não podemos sobreviver sem água significa que é um custo necessário. "

p Instalações de dessalinização em grande escala são muito caras para construir e consomem muita energia. As usinas de destilação térmica requerem energia para ferver a água em vapor e eletricidade para acionar as bombas. A osmose reversa não requer energia para gerar calor, mas depende da energia para que a eletricidade acione suas bombas de alta pressão. Além disso, a incrustação das membranas por sais menos solúveis, produtos químicos, e os microrganismos podem impactar sua permeabilidade e reduzir a produtividade, aumentando os custos de manutenção e operacionais.

p De acordo com Yip, a maneira mais econômica de fazer a dessalinização é mirar em fontes de água que contenham menos sal, como as águas subterrâneas. "Quanto menos sal houver, menos trabalho você precisa fazer para retirá-lo, "disse ele." Então, de uma perspectiva puramente econômica, a água subterrânea seria mais econômica do que a água do mar. "A dessalinização da água subterrânea pode ser feita de forma sustentável em locais onde é abundante. Mas onde está diminuindo, drenar a água subterrânea pode levar à subsidência da terra, ou em áreas costeiras, à intrusão de água salgada do aquífero. Se não houver água subterrânea disponível, Yip acredita que a osmose reversa da água do mar é a melhor tecnologia a ser usada.

p Muitas plantas do Oriente Médio, Contudo, usar usinas térmicas mais antigas que funcionam com combustíveis fósseis. Como resultado, usinas de dessalinização atualmente são responsáveis ​​pela emissão de 76 milhões de toneladas de CO ₂ cada ano. Como a demanda por dessalinização deve aumentar, emissões globais relacionadas à dessalinização podem chegar a 400 milhões de toneladas de CO ₂ por ano até 2050.

p O Desal também tem impactos no meio ambiente marinho devido à quantidade de salmoura que produz. Para cada unidade de água pura produzida, o resultado é cerca de 1,5 unidades de salmoura concentrada - duas vezes mais salgada que a água do mar e poluída com cobre e cloro, usados ​​para pré-tratar a água para evitar que sujem as membranas. Globalmente, a cada dia, mais de 155 milhões de toneladas de salmoura são descarregadas de volta ao oceano. Se a salmoura for liberada em uma área calma do oceano, ele afunda, onde pode ameaçar a vida marinha. Um estudo de 2019 da usina de dessalinização de Carlsbad perto de San Diego que dilui sua salmoura antes de liberá-la, descobriram que não houve impactos diretos na vida marinha, Contudo, os níveis de sal excederam os limites permitidos e a pluma de salmoura estendeu-se mais longe da costa do que o permitido.

p Melhorando a dessalinização

p Pesquisadores de todo o mundo estão tentando resolver os desafios do desal. Aqui estão alguns exemplos de algumas de suas soluções.

p Energia renovável

p NEOM é uma cidade-estado inteligente futurista de US $ 500 bilhões que está sendo construída no noroeste da Arábia Saudita ao longo da costa do Mar Vermelho. To provide water for the estimated one million future residents, it will construct an innovative solar desal system comprising a dome of glass and steel 25 meters high over a cauldron of water. Seawater is piped through a glass enclosed aqueduct and heated by the sun as it travels into the dome. Lá, parabolic mirrors concentrate solar radiation onto the dome, superheating the seawater. As it evaporates, highly pressurized steam is released and condenses as fresh water, which is piped to reservoirs and irrigation systems. The system is completely carbon neutral and theoretically reduces the amount of brine waste produced. NEOM, expected to be completed in 2025, claims it will produce 30, 000 cubic meters of fresh water per hour at 34 cents per cubic meter.

p The U.S. Army and the University of Rochester researchers have developed a simple and efficient method of desalinating water also dependent on the sun's energy. Using a laser treatment, they created a "super-wicking" aluminum panel with a grooved black surface that makes it super absorbent, enabling it to pull water up the panel from a water source. The black material, heated by the sun, evaporates the water, a process made more efficient because of its super-wicking nature. The water is then collected, leaving contaminants behind on the panel, which is easy to clean. It can be reconfigured and also be angled to face the sun, absorbing maximum sunlight, and because it is moveable, could easily be used by military troops in the field. Larger panels would potentially enable the process to be scaled up.

p European companies are developing the Floating WINDdesal in the Middle East, a seawater desal plant powered almost entirely by wind energy. The floating semi-submersible plant is being built in three sizes, with the largest expected to be able to produce enough water for 500, 000 pessoas. The plants can be moved by sea, making them easy to mobilize for emergencies and can be deployed in deeper water where brine disposal would have less impact on marine life. Because they float, they will not be affected by rising sea levels.

p Membranes

p Membrane research is focused on increasing membrane permeability which would reduce the amount of pressure needed, reducing the fouling that occurs, and making membranes more resilient to high pressure.

p A discovery by scientists at the University of Texas, Penn State and DuPont could improve the flow of water through membranes and increase their efficiency, which would mean that reverse osmosis would not require as much pressure. Using an electron microscope technique, the researchers discovered that the densely packed polymers that make up even the thinnest membranes could slow the water flow. The most permeable membranes are those that are more uniformly dense at the nanoscale, and not necessarily the thinnest. The discovery could help makers of membranes improve their performance.

p Reverse osmosis desal is hindered when microorganisms grow on the membrane surface, slowing the flow of water. Some coatings that have been used to prevent this "biofouling" of membranes are hard to remove, so they result in more energy use as well as more chemicals released into the sea. King Abdullah University of Science and Technology (KAUST) researchers created a nontoxic coating that adheres to the membrane and can be removed with a flush of high-saline solution.

p Desal without membranes

p Columbia University engineers led by Yip, developed a method called temperature swing solvent extraction (TSSE) that doesn't use membranes at all to desalinate. The efficient, escalável, and low-cost technique uses a solvent whose water solubility—the amount of a chemical substance that can dissolve in water—changes according to temperature.

p At low temperatures, the solvent mixed with salt water draws in water molecules but not salt. After all the water is sucked into the solvent, the salts form crystals that can easily be removed. The solvent and its absorbed water are then heated to a moderate temperature, enabling the solvent to release the water, which forms a separate layer below. The water can then be collected. Yip explained that the process is designed to deal with very salty water, which reverse osmosis cannot handle. For example, the water that comes up during oil and gas extraction can be five to seven times saltier than regular seawater. The textile industry also produces very salty water because of the solutions it uses to dye cloth. According to Yip, TSSE is not the best way to obtain drinking water, but it could help replenish our water resources for other needs.

p Brine

p Brine impacts can be lessened by how much brine is discharged and how the desal process is carried out.

p Stanford University researchers have developed a device that can turn brine into useful chemicals.Through an electrochemical process, it splits the brine into positively charged sodium and negatively charged chlorine ions. These can then be combined with other elements to form sodium hydroxide, hidrogênio, and hydrochloric acid. Sodium hydroxide can be used to pretreat seawater going into the desal plant to minimize fouling of the membranes. It is also involved in the manufacture of soap, papel, detergents, explosives and aluminum. Hydrochloric acid is useful for cleaning desal plants, producing batteries, and processing leather; it is also used as a food additive and is a source of hydrogen. Turning brine components into chemicals that have other purposes would decrease brine waste and its environmental damage, as well as improve the economic viability of desalination.

p Diluting brine can also lessen its impacts. "You take more seawater, and you premix it [with the brine] in an engineered reactor, " said Yip. "Now the salinity of that mix is not two times saltier than seawater. It's still saltier than seawater, but it's lower. And instead of discharging it at one point, you discharge it at several points with diffusers. These are engineering approaches to try to minimize the impacts of brine, " ele explicou.

p Other solutions for the drought

p Despite improvements in desal's environmental and economic profile, Contudo, it is still an expensive solution to water scarcity. This is especially so given that most water in the U.S. is used for agriculture, taking showers, and flushing toilets. Newsha Ajami, the director of urban water policy at Stanford, said "I disagree with using tons of resources to clean the water up just to flush it down the toilet."

p Water recycling

p Paulina Concha Laurrari, a senior staff associate at the Columbia Water Center, said "Water reuse definitely has to be an important part of the solution. Our wastewater can get treated, either to potable standards, like it's been done in other parts of the world and even in California, or to a different standard that can be used for agriculture or other things."

p Recycling the approximately 50 million tons of municipal wastewater that is discharged daily around the U.S. into the ocean or an estuary could supply 6 percent of the nation's total water use. Recycled water can be used for irrigation, watering lawns, parks and golf courses, for industrial use and for replenishing aquifers. The House of Representatives is considering a bill that would direct the Secretary of the Interior to establish a program to fund water recycling projects and build water recycling facilities in 17 western states through 2027.

p The technology to recycle water has been around for 50 years. Wastewater treatment facilities add microbes to wastewater to consume the organic matter. Membranes then are used to filter out bacteria and viruses, and the filtered water is treated with ultraviolet light to kill any remaining microbes. The water can be used for agriculture or industry, or it can be pumped into an aquifer for storage. When it is needed for drinking water, it can be pumped out and repurified. If the water is for human consumption, some minerals are added back in to make it more drinkable.

p Waste not

p Every year in the U.S., approximately 9 billion tons of drinking water are lost due to leaking faucets, pipes and water mains, and defective meters. President Biden's $1.2 billion infrastructure plan includes substantial sums for upgrading clean drinking water and wastewater infrastructure.

p Nos E.U.A., 42 billion tons of untreated stormwater enter the sewage system and waterways and ultimately the ocean each year. This means that the rainwater that could soak into the ground to replenish groundwater supplies is lost. Green infrastructure, such as green roofs, rain gardens, trees, and rain barrels, would reduce some of this water waste.

p Sensible water use

p It's also important to figure out how to put the water that's available to the best use in a particular area. "Por exemplo, having a better planning strategy of what is the best use for water, like what to plant where, " said Laurrari. "Instead of using it, dizer, for alfalfa, how do we use it for higher value crops? Or even tell farmers, "I will pay you not to use this water' and the state can have it to replenish our aquifers or to source cities or something else."

p Determining the most reasonable and economical uses for water would help everyone understand and appreciate its true value. "In some of these places where they're having droughts, there are still people who are watering their lawns, and happily paying the fine, " said Yip. "So really, there's a mismatch between what is happening and what the reality is. We need to adjust our activities such that we are not putting that kind of a human-imposed strain on the water supply. We need to be thinking about how we make drastic wholesale changes to the way we organize our activities that actually make sense."

p Israel's example

p Israel is located in one of the driest regions of the world and has few natural water resources, Contudo, it is considered "the best in the world in water efficiency" according to Global Water Intelligence, an international water industry publisher.

p Israeli children are taught about water conservation beginning in preschool, and adults are reminded not to waste water in television ads. Low-flow showerheads and faucets are mandatory, and Israeli toilets usually have two different flushing options for urine and bowel movements. The country adopted drip irrigation, which uses half the water than does traditional irrigation while producing more yield. Israel also resolutely attends to small leaks in pipes before they become large. Além disso, 75 percent of its wastewater is recycled, more than that of any other country. And because Israelis pay for their water themselves, they are careful about how much they use and readily adopt water-saving technology. Como resultado, it's estimated that the average Israeli consumes half as much water each day as the average American.

p Israel began desalination in the 1960s. Today it has five desal plants with two more on the way and will soon get 90 percent of its water from desal.

p While Israel has invested a lot of money in desal, it has also made huge investments in water awareness and water efficiency. These other measures enabled the country to delay building desal plants and build them more economically and smaller than they would otherwise have needed to be because the citizens were already conserving water.

p 101 things you can do

p Here are 100 ways to conserve water.

p And one more. "Become more actively involved with the decisions that government makes in terms of investments of infrastructure, " said Laurrari, "Because yes, you can conserve water at home, but what is really going to matter is what's done at the larger scale by politicians. So having a more active role, knowing where your water comes from, and what your local issues are is important." p Esta história foi republicada por cortesia do Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.