THE SEARCH FOR FRESH WATER

THE SEARCH FOR FRESH WATER

The assertion that water has always been the essence of life is nothing new. Water comes in many forms: spring water, sea and river water, rainwater, and fog and dew water. Yet water is becoming scarce and this scarcity is becoming a very real worry for governments all around the world. The reality is that one of the main obstacles to the economic development of a particular country is its lack of an adequate supply of fresh water. Current figures show that an inhabitant of a wealthy, modern town consumes 100-400 litres of water daily. In some developing countries the amount of water consumed does not exceed 20-30 litres per day. Rich or poor, annual water consumption has continued to grow, increasing fourfold over the last 50 years.

The world’s fresh water supplies are drawn from a number of sources. The largest cache of the estimated 35 million km3 fresh water reserve is located in glaciers and snow. The amount contained in these ‘storehouses’ has been estimated to be around 24 million km3. Ground water is also a big contributor to the world’s fresh water supplies amounting to an estimated 10.5 million km3. Considering that the total volume of water, salt and fresh, is estimated to be around 400 million km3 it can be clearly seen that the amount of fresh water available in the world is only the proverbial ‘drop in the bucket՝. Artesian wells, rivers and lakes only account for about 0.1 and 0.5 million km3 respectively, all of which include atmospheric precipitation such as rain and snow.

Since water is such an important commodity, various attempts to acquire stores of it have been tried with varying degrees of success. The question of what are the alternative water sources available to us today is not an easy one to answer but is certainly worthy of our best efforts to find one. One such area of interest has been desalination – the turning of salt water into drinkable water. As there is much more salt water on the earth than dry land, the idea of using desalinated seawater seems a logical one. However, some estimates put the annual quantity of desalinated water at only around ten cubic kilometres – a tiny amount given the amount of sea water available. In parts of Senegal, for example, the greenhouse effect has been one way to desalinate seawater whereby the salt in the water is separated from the water through a process of evaporation. As part of the process, water vapour forms on large panes of glass at outside air temperature and is transported via gravity into drums. This method yields only a few cubic meters per day of fresh water but is surprisingly energy efficient. In larger scale production however, the energy efficiency plummets. The best systems bum at least a tonne of fossil fuel to produce approximately one hundred cubic metres of fresh water. This amounts to almost $ 1 per cubic metre – a considerable cost.

Although there are several different areas from which water can be sourced, paradoxically the most extensive are the most difficult to tap. The atmosphere, for example, contains vast amounts of fresh water composed of 2% condensed water in the form of clouds and 98% water vapour. The vastness of this water source is comparable to the renewable liquid water resources of all inhabited lands. The amounts are easy to calculate, but being able and knowing how to economically obtain this water in liquid form is most challenging. One approach in drawing water from the atmosphere is fog nets. Places such as the coastal desens of West Africa and areas of Chile and Peru have favourable condensation conditions. In these areas, ocean humidity condenses in the form of fog on the mid-range mountains (over 500m). This fog composed of droplets of suspended water can be collected in nets. In the 1960s, a University in Northern Chile conducted the first major experiments with fog nets. Drawing on the knowledge gained from these experiments, further testing was done which culminated in one village using fog nets to yield a healthy daily average of 11,000 litres of water. On a smaller scale, fog-collecting nets have recently been used in the Canary Islands and Namibia.

Unfortunately, due to its need for a combination of several factors, fog is not readily available. Dew however appears far more frequently and is less subject to the constraints of climate and geography. In order for dew to form there needs to be some humidity in the air and a reasonably clear sky. Many hot areas of countries that suffer from a lack of water such as the Sahel region of Northern Africa for example, experience significant quantities of dew. When the temperature is lowered over a short space of time by ten degrees or so, the water-harvesting possibilities from the air yield an amazing ten grams of water from each cubic meter of air – significant drops in air temperature make for greater yields. Unlike fog, dew formation can occur even in a relatively dry atmosphere, such as a desert. All it takes is for the right mix of temperatures between the earth and the air to combine and dew formation occurs.

CUỘC TÌM KIẾM NƯỚC NGỌT

Việc khẳng định rằng nước luôn là cốt lỗi của sự sống không có gì là mới. Nước có nhiều dạng: nước suối, nước sông, nước biển, nước mưa, sương mù và nước sương. Tuy nhiên, nước đang trở nên khan hiếm và sự khan hiếm này đang trở thành một nỗi lo thực sự của các chính phủ trên toàn thế giới. Thực tế là một trong những trở ngại chính đối với sự phát triển kinh tế của một quốc gia cụ thể là thiếu nguồn cung cấp nước ngọt đầy đủ. Các số liệu hiện tại cho thấy một cư dân của một thành phố giàu có, hiện đại tiêu thụ 100-400 lít nước mỗi ngày. Ở một số nước đang phát triển, lượng nước tiêu thụ không quá 20-30 lít mỗi ngày. Dù giàu hay nghèo, mức tiêu thụ nước hàng năm vẫn tiếp tục tăng, tăng gấp 4 lần trong vòng 50 năm qua.

Nguồn cung cấp nước ngọt trên thế giới được lấy từ một số nguồn. Băng và tuyết là nguồn dự trữ lớn nhất trong tổng ước tính 35 triệu km3 nước ngọt. Lượng nước chứa trong những “kho chứa” này được ước tính khoảng 24 triệu km3. Nước ngầm cũng là một yếu tố đóng góp lớn vào nguồn cung cấp nước ngọt của thế giới, ước tính khoảng 10,5 triệu km3. Xem xét tổng lượng nước, nước mặn và nước ngọt, ước tính vào khoảng 400 triệu km3, có thể thấy rõ rằng lượng nước ngọt sẵn có trên thế giới chỉ như câu tục ngữ ‘hạt muối bỏ biển”. Các giếng phun, các con sông và hồ lần lượt chỉ chiếm khoảng 0,1 và 0,5 triệu km3, tất cả đều đã bao gồm lượng mưa trong khí quyển như mưa và tuyết.

Vì nước là một mặt hàng quan trọng như vậy, nên nhiều nỗ lực để có được nước đã được thử nghiệm với mức độ thành công khác nhau. Câu hỏi về các nguồn nước thay thế có sẵn đối với chúng ta ngày nay không phải là một câu hỏi dễ trả lời nhưng chắc chắn xứng đáng với những nỗ lực hết sức của chúng ta để tìm ra nguồn nước. Một trong những lĩnh vực được quan tâm là khử mặn – biến nước mặn thành nước có thể uống được. Vì nước mặn bao phủ trái đất rộng hơn rất nhiều lần so với đất liền, nên ý tưởng sử dụng nước biển khử mặn có vẻ hợp lý. Tuy nhiên, một số ước tính cho rằng lượng nước khử muối hàng năm chỉ vào khoảng 10 km3- một lượng rất nhỏ so với lượng nước biển sẵn có. Ví dụ, ở các vùng của Senegal, hiệu ứng nhà kính là một cách để khử muối trong nước biển, nhờ đó muối trong nước được tách ra khỏi nước thông qua quá trình bay hơi. Là một phần của quá trình này, hơi nước hình thành trên các tấm kính lớn ở nhiệt độ không khí bên ngoài và được chuyển vào thùng chứa thông qua trọng lực. Phương pháp này chỉ thu được vài mét khối nước ngọt mỗi ngày nhưng lại tiết kiệm năng lượng một cách đáng kinh ngạc. Tuy nhiên, trong sản xuất quy mô lớn hơn, hiệu suất năng lượng giảm mạnh. Các hệ thống tốt nhất sử dụng ít nhất một tấn nhiên liệu hóa thạch để tạo ra khoảng một trăm mét khối nước ngọt. Con số này lên tới gần $1 mỗi mét khối – một chi phí đáng kể.

Mặc dù có thể lấy nước từ một số khu vực khác nhau, nhưng nghịch lý là vùng rộng nhất lại khó khai thác nhất. Ví dụ, bầu khí quyển chứa một lượng lớn nước ngọt bao gồm 2% nước ngưng tụ dưới dạng mây và 98% hơi nước. Sự to lớn của nguồn nước này có thể so sánh với nguồn nước lỏng tái tạo của tất cả các vùng đất có người sinh sống. Số lượng này rất dễ tính toán, nhưng có thể và biết cách thu được nguồn nước ở dạng lỏng này một cách kinh tế là thử thách nhất. Một cách tiếp cận để lấy nước từ khí quyển là lưới tạo nước từ sương mù. Những nơi như miền duyên hải Tây Phi và các khu vực của Chile và Peru có điều kiện ngưng tụ thuận lợi. Ở những khu vực này, độ ẩm từ hơi nước đại dương ngưng tụ dưới dạng sương mù trên các dãy núi tầm trung (trên 500m). Sương mù bao gồm các giọt nước lơ lửng này có thể được thu vào tấm lưới. Vào những năm 1960, một trường Đại học ở Bắc Chile đã tiến hành các thí nghiệm lớn đầu tiên với lưới sương mù. Dựa trên kiến ​​thức thu được từ những thí nghiệm này, thử nghiệm sâu hơn đã được thực hiện với đỉnh điểm là một ngôi làng sử dụng lưới chắn sương mù để thu được lượng nước sạch trung bình hàng ngày là 11.000 lít. Ở quy mô nhỏ hơn, lưới thu sương mù gần đây đã được sử dụng ở quần đảo Canary và Namibia.

Thật không may, sương mù không có sẵn mà cần có sự kết hợp của một số yếu tố. Tuy nhiên, sương xuất hiện thường xuyên hơn và ít chịu sự ràng buộc của khí hậu và địa lý. Để hình thành sương không khí cần có độ ẩm và bầu trời quang đãng. Nhiều khu vực nóng của các quốc gia bị thiếu nước chẳng hạn như vùng Sahel ở Bắc Phi, có lượng sương đáng kể. Khi nhiệt độ hạ thấp trong một khoảng thời gian ngắn khoảng 10 độ hoặc tương đương, khả năng thu hoạch nước từ không khí là 10 gram nước từ mỗi mét khối không khí – nhiệt độ không khí giảm xuống đáng kể sẽ tạo ra năng suất cao hơn. Không giống như sương mù, sự hình thành sương có thể xảy ra ngay cả khi khí quyển tương đối khô, chẳng hạn như ở sa mạc. Tất cả những điều cần là sự kết hợp nhiệt độ phù hợp giữa trái đất và không khí để sương xuất hiện.