Havvann er om lag fire ganger saltere enn vannet inni kroppen. Drikker du saltvann, så vil denne sterke saltblandingen trekke vann ut av cellene. De tørker ut. Denne prosessen kan kjøres i revers i anlegg som trekker ferskvann ut av saltvann. (Illustrasjonsfoto: Colourbox)
Havvann er om lag fire ganger saltere enn vannet inni kroppen. Drikker du saltvann, så vil denne sterke saltblandingen trekke vann ut av cellene. De tørker ut. Denne prosessen kan kjøres i revers i anlegg som trekker ferskvann ut av saltvann. (Illustrasjonsfoto: Colourbox)

Ferskvann fra havet

Vi bor på en vannplanet. Hvordan kan vi løse vannmangelen en gang for alle? Dra til sjøs!

Published

Internasjonal avsaltingskongress

International Desalination Association avholder verdenskongress om avsaltning og gjenbruk av vann i San Diego 30. august til 4. september i San Diego, USA. I den anledning bringer forskning.no denne oversikten over en teknologi som i vårt land er lite kjent, men som betyr stadig mer i land med vannmangel.
 

Scenen er en klisjé: Sjøfolk i en livbåt på andre uka, med bare noen skvetter skittent vann å drikke i bunnen av vanntanken.

I det siste er fiksjonen også blitt grusom virkelighet for tusener av båtflyktninger.

Problemet kan forstørres til global målestokk: Kontinentene er livbåter på verdenshavene. Ferskvannet er i ferd med å ta slutt. I alle fall det rene ferskvannet.

Drikkevann blir forurenset. Bakken pumpes tom for grunnvann. Regnet uteblir. Vannmangel er i ferd med å bli ett av menneskehetens store problemer.

Men hvorfor kunne ikke sjøfolkene i fortellingen stikke hodet over ripa og slurpe i seg havvann?

Omgitt av vann, men i fare for å tøste ihjel: En livbåt i storm på begynnelsen av 1800-tallet. (Foto: (Illustrasjon: Mary Evans Picture))
Omgitt av vann, men i fare for å tøste ihjel: En livbåt i storm på begynnelsen av 1800-tallet. (Foto: (Illustrasjon: Mary Evans Picture))

Salt i blodet

Havvann er om lag fire ganger saltere enn vannet inni kroppen. Drikker du saltvann, så vil denne sterke saltblandingen trekke vann ut av cellene. De tørker ut. Hvorfor skjer dette?

Hvis du drikker saltvann, blir blodet på utsiden av celleveggen saltere enn væsken inni cellene.

Celleveggen er som et slags tynt filter – en membran. Denne membranen kan slippe gjennom vann, men ikke salt.

Cellene tørker ut

Fysikkens lover sier da: Vannet vil presse seg fra innsiden av cellene og ut gjennom celleveggen for å tynne ut den sterkere saltblandingen i blodet.

Dette presset kalles osmotisk trykk. Cellene tømmes for vann. De tørker ut.

Hvorfor fortelle alt dette? Fordi det som skjer i mange anlegg der saltvann blir til ferskvann, er det omvendte av det som skjer i kroppen.  Nøkkelordet er osmose.

Slik virker osmose. Til venstre: En svak saltløsning er skilt fra en sterk saltløsning med et membran som bare slipper gjennom vann, ikke salt. Det kalles et semipermeabelt membran.
I midten: Når vi drikker saltvann, blir blodet mer salt enn inni cellene. De to løsningene "vil" gjerne bli like sterke, like salte. Derfor trykkes vannet fra den minst salte oppløsningen inne i cella og ut i det saltere blodet. Cellene tørker ut. Trykket kalles osmotisk trykk. Det er vist med en gul pil. Trykket får den salteste vannsøylen til å stige og overvinne tyngdekraften.
Til høyre: I avsaltningsanlegget lager pumper et motsatt trykk som er sterkere enn det osmotiske trykket. Dermed trykkes vannet ut av havvannet med sterkeste saltløsningen og inn i tanken med ferskvann. (Foto: (Figur: Starsend, Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license, bearbeidet av forskning.no))
Slik virker osmose. Til venstre: En svak saltløsning er skilt fra en sterk saltløsning med et membran som bare slipper gjennom vann, ikke salt. Det kalles et semipermeabelt membran. I midten: Når vi drikker saltvann, blir blodet mer salt enn inni cellene. De to løsningene "vil" gjerne bli like sterke, like salte. Derfor trykkes vannet fra den minst salte oppløsningen inne i cella og ut i det saltere blodet. Cellene tørker ut. Trykket kalles osmotisk trykk. Det er vist med en gul pil. Trykket får den salteste vannsøylen til å stige og overvinne tyngdekraften. Til høyre: I avsaltningsanlegget lager pumper et motsatt trykk som er sterkere enn det osmotiske trykket. Dermed trykkes vannet ut av havvannet med sterkeste saltløsningen og inn i tanken med ferskvann. (Foto: (Figur: Starsend, Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license, bearbeidet av forskning.no))

Omvendt osmose

I Carlsbad i California bygges nå det største avsaltingsanlegget på den vestlige halvkule. Området er i vannkrise. Vannstanden i den kunstige innsjøen Lake Mead er rekordlav. Skogbranner herjer.

I avsaltingsanlegget skal osmosen kjøres i revers. På den ene siden av membranen er vann fra det salte Stillehavet. På den andre siden er ferskvann.

Osmosen vil gjerne suge ferskvannet gjennom membranen ut i saltvannet. Men sterke pumper suger i motsatt retning. Saltet blir igjen på saltvannssiden, mens ferskvannet siver gjennom filteret og inn i vanntankene.





Video fra TV-stasjonen KPBS viser byggingen av Carlsbad-anlegget.

Enormt undertrykk

Disse pumpene må virkelig jobbe. De må suge med et trykk som er over femti ganger sterkere enn lufttrykket på jordas overflate.

Dette går ikke av seg selv. Pumpene krever energi. Energi fører til forurensning og koster penger. Derfor blir det forurensende og dyrt å lage ferskvann fra sjøvann.

Vanneksportøren Israel

Likevel har flere land allerede begynt å avsalte sjøvann i stor skala. Fremst ligger Israel. Rundt halvparten av alt ferskvann som landet bruker, kommer fra slike anlegg.

Israel kan til og med eksportere vann og hjelpe sine naboland med å bygge avsaltingsanlegg. Dermed kan strid om svinnende vannkilder bli til fredelig samarbeid, håper en israelsk forsker som er intervjuet av Environment & Energy Publishing.

Avsaltet framtid

Også Australia satser stort på avsalting av sjøvann. Grunnen er den samme som for California: Den verste tørken i nyere tid, kalt tusenårstørken.

Mange andre land følger opp. I 2013 fosset halvannen gang så mye avsaltet ferskvann ut av verdens avsaltingsanlegg som fem år tidligere, ifølge en artikkel på nettstedet Global Water Intelligence.

– Hvis ikke folk blir bedre til å spare på vannet, har avsaltingsindustrien virkelig en sterk framtid, sier redaktøren for dette nettstedet i samme artikkel.





Slik gjenvinner Israel avløpsvann og avsalter havvann. Video fra den amerikanske allmennkringkasteren PBS.

Kutt energien

Om framtida kan man si at den kommer ganske av seg selv. Det samme gjelder ikke den lyse framtida til avsaltingsindustrien. Her må det jobbes for å møte tekniske utfordringer.

Den første og største utfordringen er energiforbruket. Det er heldigvis på vei nedover. Hvorfor? Fordi membranmetoden med omvendt osmose, den som er forklart lenger oppe, har lavere energiforbruk enn metoden som først var i bruk, nemlig fordampning.

Fordampning i Midtøsten

Fordampningsanleggene er variasjoner over et enkelt tema: Varm opp saltvannet, samle opp vanndampen og kjøl den ned til ferskvann.

I praksis kan dette gjøres på mer finurlige måter. Du kan for eksempel senke trykket i saltvannstanken. Dermed koker det ved lavere temperatur. Dette kan skje i flere trinn og flere tanker, med stadig lavere temperatur og trykk.

Slike metoder har vært brukt mye i Midtøsten. De oljerike gulfstatene har jo også nok energi å drive anleggene med.

Dette avsaltningsanlegget i Dubai bruker fordampning av havvann i flere trinn for å lage ferskvann. Metoden krever mer energi enn omvendt osmose. Bildet er tatt i 1994. (Foto: Starsend,  Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported)
Dette avsaltningsanlegget i Dubai bruker fordampning av havvann i flere trinn for å lage ferskvann. Metoden krever mer energi enn omvendt osmose. Bildet er tatt i 1994. (Foto: Starsend, Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported)

Kutt priser

Nå overtar omvendt osmose mer og mer. Metodene forbedres. Energiforbruket synker, men er fortsatt et troll med to hoder som må nedkjempes for at avsaltingsindustrien virkelig skal gjøre seg fet.

Det første hodet er prisen for energi. Avsaltet ferskvann blir dyrt. Verdensledende Israel er i ferd med å kappe prisen – og dette hodet på trollet.

Deres avsaltede vann koster rundt 0,4 dollar eller 3,4 kroner per tusen liter, levert fra avsaltingsverket.

Kan konkurrere

Til sammenligning: Vannavgiftene i vannrike Norge ligger på rundt 16 kroner for tusen liter, ifølge tall fra Statistisk sentralbyrå, men varierer mye fra kommune til kommune.

Tallene er ikke direkte sammenlignbare. I norske vannavgifter inngår også andre utgifter, for eksempel fordeling av vannet gjennom vannledninger.

Likevel viser de at avsaltet vann kan konkurrere på pris. Vanlige forbrukere i Israel betaler rundt 18 kroner tusen literen, ifølge en artikkel i avisa Haaretz fra 2014.

Prisnivået ellers er riktignok litt lavere i Israel enn i Norge, men halvparten av vannet til denne prisen kommer altså fra avsaltingsanlegg.





Slik virker avsaltning med omvendt osmose. Animasjonsfilm fra DVSMarketing.

Fornybar avsalting

Energitrollet har også et annet hode: forurensning. Energiproduksjon lager klimagasser. Hvordan hindre at hver liter vann i springen også spruter karbondioksid ut i lufta?

Gulfstatene gir ett av svarene: fornybar energi. Fra å være olje- og gassbrennende miljøverstinger satser de på energikilden de også har mye av – sol.

Saudi-Arabia bygger nå verdens største omvendt osmoseanlegg drevet med elektrisk strøm fra solceller.

Den fornybare løsningen for avsaltingsanlegg vil ellers være den samme som for energiproduksjon ellers. Vindenergi og varme fra jorda – geotermisk energi – egner seg spesielt godt, ifølge en rapport fra, International Renewable Energy Agency.





Verdens største soldrevne avsaltningsanlegg bygges i Saudi-Arabia. Video fra EWT-World Company.

Kjernekraft

Avsaltingsanlegg kan også drives med strøm fra kjernekraft. Både Japan og India lager ferskvann på denne måten.

Da kan både strøm og oppvarmet kjølevann utnyttes i kombinerte anlegg med omvendt osmose og fordampning.

Manetfiltre

Selv om energitrollet blir nedkjempet, lurer andre problemer under vannskorpa for avsaltingen, bokstavelig talt.

Saltvannet som suges inn i anleggene, er ikke rent. Det inneholder alle slags livsformer.

Noen livsformer, som maneter, er kanskje først og fremst et problem for avsaltingsanleggene. Det nye store soldrevne anlegget i Saudi-Arabia har egne manetfiltre ved vanninntakene.

Suger fisk

Verre er det når egg, yngel og voksne fisk, for ikke å si sjøfugler og seler suges inn mot en uskjønn død i omvendt osmose.

Kjernekraftverk og andre varmekraftverk har de samme problemene når de skal hente kjølevann fra sjøen. De har også erfaringene og teknologien som kan løse problemet.

Løsningen kan for eksempel være filtre, regulering av vannstrømmen gjennom pumpene, mange mindre inntak istedenfor ett stort inntak og inntak begravet under grus og sand på havbunnen.

Uspiselig saltsuppe

I andre enden av prosessen spyr anlegget ut det som blir igjen når ferskvannet er hentet ut – en sterk saltsuppe. Den er uspiselig, også for miljøet.

I tillegg til salt inneholder den sterke konsentrasjoner av andre stoffer som finnes naturlig i sjøvann – mangan, bly og jod, og dessuten rester av utslipp fra mennesker, for eksempel nitrater.

Selve avsaltingen bidrar også med forurensende stoffer – blant annet tungmetaller og kobber – som skal hindre at rør og filtre tettes igjen av organiske stoffer.

Denne usmakelige saltsuppa bør ikke tilbake til havet uten videre. Der vil den synke ned og gjøre skade på bunnlivet.

Resirkulert vann

Den kan begraves på land eller fylles i dammer hvor vannet fordamper og bare de faste stoffene ligger igjen. Den kan også fortynnes før den slippes tilbake ut i havet. Uansett må avsalting fortsatt tas med en miljøklype salt.

Kan disse miljøproblemene løses? Svaret er: Gjør det samme som med avfall for øvrig! Resirkulér!

Alt ferskvann må ikke hentes rett fra havet. Avfallsvann kan renses igjen med de samme metodene som brukes til å avsalte havvann.

Istedenfor havvann kan også brakkvann fra innlandskilder brukes. Slikt vann egner seg enda bedre for omvendt osmose fordi det inneholder mindre salt enn havvann og derfor krever mindre energi å rense.

Nye metoder

Det ligger også flere andre, eksperimentelle teknologier og dupper i vannskorpen.

En slik metode er det omvendte av omvendt osmose, altså rett og slett osmose. Fra saltvannet trekkes ferskvannet gjennom et filter mot en enda sterkere oppløsning.

Hva er da poenget? Svaret er at denne enda sterkere oppløsningen kan fjernes lettere i neste trinn.





Slik virker osmoseanlegget, kalt forward osmosis. Videoen fra firmaet Oasys har markedsføringspreg, men forklarer metoden greit.

Andre metoder går ut på å varme havvannet direkte med sola eller – helt motsatt – fryse ferskvannet ut av saltvannet, slynge det gjennom sentrifuger, presse det gjennom nanorør eller elektriske felt og utsette det for sjokkbølger.

Uansett – utviklingen vil fortsatt skyte fart. Det amerikanske konsulentselskapet Lux Research spådde i 2009 at markedet for avsalting vil tredobles fram mot 2020.

Lenker og referanser:

Israel is creating a water surplus using desalination, E&E Publishing, 7. februar 2014

Over and Drought: Why the End of Israel’s Water Shortage Is a Secret, Haaretz, 24. Januar 2014

The Carlsbad Desalination Project

Al Khafji Solar Saline Water Reverse Osmosis (Solar SWRO) Desalination Plant, Saudi Arabia, water-technology.net

Nuclear Desalination, World Nuclear Association, oppdatert august 2015

Desalination, With a Grain of Salt: A California Perspective, Pacific Institute, 2006

Water Desalination Using Renewable Energy, International Renewable Energy Agency, 2012 (pdf)