More kao izvor pitke vode - Koliko je Kotor daleko od toga?

Zaslanjena voda za piće bila je jedan od najvećih problema sa kojima se Kotor suočio ovog ljeta. Prema riječima predsjednika Opštine Vladimira Jokića, dva glavna kotorska vodoizvorišta zaslane u isto vrijeme otprilike jednom u pet ili šest godina, a ove sezone takvo stanje trajalo je između mjesec i mjesec i po.

Vodosnabdijevanje je u međuvremenu normalizovano, a građanima bi računi trebalo da budu umanjeni za period tokom kojeg je voda bila zaslanjena. Jokić je za TV Vijesti kazao i da turistička sezona zbog toga nije pretrpjela značajnije posljedice, ali je upozorio da se slična situacija može ponoviti. Kao jedan od mogućih odgovora prvi put je javno pomenuo uvođenje sistema za desalinizaciju, odnosno uklanjanje soli iz morske ili zaslanjene vode. Za sada, međutim, nije poznato kakav sistem Opština razmatra, koliki bi bio njegov kapacitet, gdje bi mogao biti izgrađen, koliko bi koštao niti kako bi bio finansiran.

Ta kratka najava otvara znatno šire pitanje od samog izbora uređaja ili postrojenja. Desalinizacija može povećati sigurnost vodosnabdijevanja u priobalnim područjima, posebno tokom sušnih i turistički najopterećenijih mjeseci, ali njena primjena nosi visoke energetske zahtjeve i problem odlaganja koncentrovane slane vode. U prostoru poput Bokokotorskog zaliva, svako takvo rješenje moralo bi biti razmatrano zajedno sa njegovim mogućim uticajem na morski ekosistem.

Upravo dva problema koja već decenijama prate desalinizaciju – začepljivanje sistema mineralnim naslagama i stvaranje otpadne salamure, pokušava da riješi nova tehnologija razvijena na Univerzitetu u Rochesteru, u američkoj saveznoj državi Njujork.

Tim koji predvodi profesor optike i fizike Chunlei Guo razvio je solarno-termalni sistem zasnovan na panelima od posebno obrađenog crnog metala. Njihova površina urezana je femtosekundnim laserima, čiji impulsi traju svega milioniti dio milijarditog dijela sekunde. Takva obrada omogućava metalu da apsorbuje gotovo cjelokupno sunčevo zračenje i da snažnim kapilarnim djelovanjem preko površine povlači veoma tanak sloj vode.

Ideja je da se morska voda zagrijava neposredno sunčevom energijom, bez hemijskih dodataka, dok se preostale soli izdvajaju u čvrstom obliku umjesto da se u more vraćaju kao tečna, koncentrovana salamura. Rješenje je opisano u recenziranom radu objavljenom u časopisu Light: Science & Applications. Njegov značaj nije samo u brzini isparavanja vode, već u tome što je sistem testiran sa prirodnom morskom vodom, čiji je sastav mnogo složeniji od rastvora koji se obično koriste u laboratorijskim eksperimentima.

Laboratorijski pripremljena morska voda najčešće sadrži samo vodu i natrijum-hlorid. Kada voda ispari, kuhinjska so kristalizuje u zrnastom i poroznom obliku, ostavljajući dovoljno prostora da nova voda prolazi između kristala. Takve naslage relativno se lako rastvaraju i uklanjaju.

Prirodna morska voda sadrži i jedinjenja magnezijuma i kalcijuma. Ona stvaraju tvrde, neporozne naslage koje zatvaraju prostor između kristala natrijum-hlorida i prekidaju kretanje vode. Proces je sličan taloženju kamenca u kuvalu ili na otvorima tuša, samo što morska voda sadrži višestruko veće količine rastvorenih soli. Kada se takva kora formira na aktivnoj površini, voda više ne može da prolazi i sistem postepeno prestaje da radi.

Guov tim pokušao je da taj problem riješi preciznim oblikovanjem mikroskopskih žljebova na površini crnog metala. Aktivni dio panela povlači vodu, apsorbuje sunčevu energiju i omogućava njeno isparavanje, dok se soli usmjeravaju prema neobrađenim rubovima, koje istraživači nazivaju pasivnim zonama. Umjesto da ostanu na dijelu koji zagrijava vodu, kristali se pomjeraju ka ivicama, odakle se kasnije mogu mehanički prikupiti.

Sistem koristi pojavu poznatu kao "efekat prstena kafe". Kada se prosuta kap kafe osuši, čestice koje su bile rastvorene u vodi ne ostaju ravnomjerno raspoređene, već se najvećim dijelom nakupljaju na njenoj ivici. Isparavanje pokreće kapilarni tok prema rubovima, noseći sa sobom rastvorene materije.

Isti princip primijenjen je na novom panelu. Dok voda isparava sa aktivne površine, rastvorene soli kreću se prema pasivnim djelovima. Tamo se povećava njihova koncentracija, dolazi do kristalizacije i daljeg širenja čvrstih naslaga prema spolja. Dovoljno duboki i široki žljebovi istovremeno održavaju protok vode dovoljno snažnim da se aktivna površina ne začepi.

Istraživači su uređaj ispitivali koristeći prirodnu vodu iz Tihog, Atlantskog i Indijskog okeana. Pojedinačni neprekidni test trajao je sedam dana, dok su ispitivanja različitih uzoraka trajala sedmicama. Površina je tokom tog perioda zadržala sposobnost apsorbovanja svjetlosti i povlačenja vode, bez potrebe za čišćenjem aktivnog dijela. Sistem je prikupio gotovo svu so sadržanu u isparenoj vodi i nije stvarao tečnu otpadnu salamuru. So koja se nakupila u pasivnim zonama mogla je da bude uklonjena jednostavnim struganjem, bez dodirivanja aktivne površine panela.

Uklanjanje salamure nije sporedno tehničko poboljšanje. Konvencionalna postrojenja nakon desalinizacije najčešće dobijaju dva toka: prečišćenu vodu i tečnost u kojoj je koncentracija soli, ali i hemikalija korišćenih tokom tretmana, znatno veća nego u vodi koja je ušla u sistem. Zbog relativno niskog stepena iskorišćenja, postojeći sistemi mogu između 58% i 78% ulazne vode pretvoriti u otpadnu salamuru.

Ona se često ispušta u more, gdje može lokalno povećati salinitet i smanjiti količinu rastvorenog kiseonika. Posljedice zavise od količine ispuštene vode, njene temperature, hemijskog sastava, morskih struja i načina na koji je ispust projektovan. Rizik je veći na mjestima sa slabijom cirkulacijom vode i ekosistemima koji su već izloženi zagrijavanju, zagađenju i drugim pritiscima.

Zbog toga bi pitanje ispusta bilo posebno važno ukoliko Kotor zaista počne da razvija projekat desalinizacije. Proizvodnja pitke vode ne može se posmatrati odvojeno od mjesta na kojem će završiti preostala so i druge materije izdvojene iz vode.

Rochesterski sistem pokušava da preostale minerale pretvori iz problema u potencijalni resurs. U pratećem istraživanju, objavljenom u časopisu Journal of Materials Chemistry A, naučnici su u laserski urezane žljebove ugradili nanočestice hidrogen-titanata. One selektivno vezuju litijum, dok druge soli nastavljaju da se talože u pasivnim djelovima panela.

Koristeći vodu iz Velikog slanog jezera u Juti, istraživači su izdvojili približno polovinu litijuma koji je ostao nakon desalinizacije. Za sistem prve generacije riječ je o obećavajućem rezultatu, posebno zbog rastuće potražnje za litijumom koji se koristi u baterijama električnih vozila i elektronskih uređaja. Istraživanje je, ipak, još daleko od dokaza da bi ovakav način dobijanja litijuma bio tehnički i ekonomski održiv u industrijskim razmjerama.

Pitanje razmjera ostaje najvažnije ograničenje čitavog pristupa. U laboratorijskim uslovima, pri intenzitetu zračenja koji odgovara Suncu, uređaj je ostvario prosječnu brzinu isparavanja od oko 1,76 kilograma vode po kvadratnom metru na sat. To je približno 15 do 18 litara vode po kvadratnom metru tokom dana sa uobičajenim brojem sunčanih sati.Ta brojka nije beznačajna za eksperimentalni uređaj, ali je još veoma udaljena od količina potrebnih za javno vodosnabdijevanje.

Noviji pregled Evropske komisije navodi da je 2024. godine širom svijeta radilo više od 22.000 postrojenja, sa ukupnim operativnim kapacitetom od približno 135 miliona kubnih metara dnevno. Bez obzira na metodologiju, poređenje pokazuje koliko je veliki put od panela ispitanog u laboratoriji do sistema sposobnog da snabdijeva grad.

Za količine koje bi bile značajne u komunalnom vodosnabdijevanju bila bi potrebna postrojenja sa desetinama ili stotinama hiljada kvadratnih metara aktivne površine. Prije toga trebalo bi dokazati da laserski obrađeni metal može godinama da izdrži neprekidno izlaganje morskoj vodi i suncu, da se može proizvoditi po prihvatljivoj cijeni i da se čitav sistem može povezati sa uređajima za kondenzovanje vodene pare, skladištenje, kontrolu kvaliteta i postojeću vodovodnu mrežu.

Najveća razlika između obećavajućeg laboratorijskog rezultata i stvarne infrastrukture nije samo u efikasnosti, već u trajnosti, cijeni i mogućnosti masovne proizvodnje. To su pitanja na koja sadašnja istraživanja još ne daju odgovor.

Energetski bilans takođe zahtijeva oprez. Autori rochesterskog istraživanja navode da konvencionalna reverzna osmoza i termalni postupci desalinizacije, zavisno od tehnologije i izvora energije, mogu proizvesti između 0,6 i 6,7 kilograma ugljen-dioksida po kubnom metru vode. Taj raspon ne predstavlja ugljenični otisak novog uređaja, već poređenje sa postojećim industrijskim sistemima.

Ipak, istraživanje predstavlja stvaran inženjerski napredak. Brojne ranije tehnologije solarno-termalne desalinizacije dobro su radile sa pojednostavljenim rastvorima natrijum-hlorida, ali su nailazile na probleme kada bi bile izložene složenom mineralnom sastavu prirodne morske vode. Višesedmično ispitivanje uzoraka iz tri okeana i sedmodnevni neprekidni rad bez čišćenja predstavljaju važan korak koji mnogi slični laboratorijski sistemi nijesu prošli.

Ujedinjene nacije procjenjuju da 2,2 milijarde ljudi i dalje nema pristup bezbjedno upravljanoj vodi za piće. Zbog rasta potrošnje, suša i sve većeg pritiska na postojeća izvorišta, interesovanje za desalinizaciju nastaviće da raste, naročito u priobalnim i sušnim područjima.

Za Kotor to ne znači da je novi američki prototip spreman da riješi problem zaslanjenih izvorišta. Njegov sadašnji učinak još se mjeri litrima po kvadratnom metru, a ne milionima litara potrebnim vodovodnim sistemima. Ipak, pokazuje u kojem pravcu se desalinizacija razvija: prema korišćenju obnovljive energije, smanjenju hemijskog tretmana, izbjegavanju ispuštanja salamure i mogućem izdvajanju korisnih minerala.

Ukoliko najava Vladimira Jokića preraste u konkretnu inicijativu, izbor tehnologije biće samo jedan dio odluke. Jednako važni biće stvarne potrebe kotorskog vodovoda, sezonska potrošnja, cijena proizvedene vode, izvor energije, lokacija postrojenja i način postupanja sa izdvojenim solima. Tek kada se odgovori na ta pitanja, desalinizacija će se moći posmatrati kao stvarno rješenje za Kotor, a ne samo kao moguća reakcija na jedno teško ljeto.