Till och med från sex miljarder kilometers avstånd ser man att den djupblå jorden har enorma mängder vatten.
På bilder tagna från extremt långt håll av sonden Voyager, som är på väg ut ur solsystemet, framträder jorden fortfarande som en blå fläck.
Hela 71 procent av vår planet är täckt av vatten. Om allt vatten på jorden hade tappats upp skulle det motsvara 2 670 miljarder miljarder halvlitersflaskor rent dricksvatten.
Tyvärr är 97 procent av planetens vatten bundet i salta hav och därmed odrickbart för oss människor.
Trots det är havsvattnet en livsviktig källa till dricksvatten runtom i världen, där avsaltningsanläggningar förvandlar de salta dropparna till klart dricksvatten.
I framtiden kan avsaltning visa sig bli en viktig del av lösningen på Day Zero i Australien och påfrestningarna på grundvattnet.
Avsaltning energikrävande
Trots att vår kropp består av cirka 60 procent vatten så behöver vi bara få i oss små mängder salt och därför kan vi inte kan dricka havsvatten.
Kroppen tar upp 5–6 gram salt om dagen och njurarna utsöndrar resten via urinen. Njurarna kan bara utsöndra salt i mängder som är mindre än salthalten i havsvatten, och den är cirka 35 gram per liter.
Om vi hade druckit ett glas saltvatten hade kroppen behövt göra sig av med en större mängd urin än den mängd vatten som fanns i glaset för att bli av med saltet. Därför skulle vi till slut dö av uttorkning.
Flytande avsaltningsverk ska förse städer med dricksvatten
Det flytande avsaltningsverket The Pipe ska avlägsna både smuts och salt från havsvatten i en process som kallas elektromagnetisk filtrering. Ett elektromagnetiskt fält skiljer ämnen från varandra genom att attrahera joner. Enligt utvecklarna kan The Pipe avsalta 4,5 miljarder liter vatten om året.
Elektromagneter renar vattnet
Under The Pipe cirkulerar havsvatten genom ett rörsystem där elektromagneter attraherar joner i smuts och salt så att det avskiljs från vattnet.
Yta av stål och solpaneler
Anläggningens yta är täckt av paneler av återvunnet stål och solcellspaneler som ger el till den elektromagnetiska avsaltningen.
Dricksvattnet leds direkt till land
En rörledning leder det avsaltade dricksvattnet till stadens vattenförsörjning. The Pipes maximala längd är 428 gånger 60 meter.
Ingenstans avsaltas lika mycket vatten som i Saudiarabien.
Landets 28 avsaltningsanläggningar levererar 6,6 miljarder liter vatten om dagen, 22 procent av allt avsaltat vatten i världen.
I Perth i Australien omvandlas cirka 45 miljarder liter havsvatten varje år till dricksvatten, vilket motsvarar 18 procent av storstadens behov.
De här siffrorna kan låta stora, men det är bara cirka en procent av världens sötvattenbehov som täcks av avsaltningsanläggningar.
En av förklaringarna till det är att avsaltningsprocesserna kräver en hög elförbrukning och förbränning av olja eller gas. Dessutom är det i många delar av världen betydligt enklare att pumpa upp grundvatten.
Ett annat problem med avsaltning är den saltlake som bildas i processen, som har högre koncentration av salt än vanligt havsvatten.
Den leds normalt ut i havet igen, men den höga saltkoncentrationen skadar djur och växter.
Här ser dock forskarna en ny möjlighet för utvinning av metaller och salter som magnesium, kalcium, litium och natriumklorid för användning i olika industriprocesser och inom jordbruket.
Forskare vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) i Boston i USA har utvecklat en metod för utvinning av natriumhydroxid (kaustiksoda) ur saltvattnet.
1,1 miljarder liter havsvatten ska dagligen avsaltas i Dubai från och med år 2030.
Stora mängder kaustiksoda köps i dag in i till avsaltningsanläggningar för att bearbeta havsvatten som ska avsaltas, så att avsaltningsmembranen inte täpps till.
På så sätt kan en avfallsprodukt från avsaltningen återanvändas i processen.
Omvänd osmos driver ut saltet
Teknikerna för avsaltning kan grovt delas in i två kategorier: Termisk och membranbaserad avsaltning.
Fram till år 2000 var termisk avsaltning vanligast. Då används metoden MSF (multi-stage flash distillation), i vilken havsvatten flyter genom flera kammare med olika tryck, temperatur och värmeväxlare, och detta leder till förångning och kondensering av vattnet utan salt.
Restprodukten blir saltlake.
Processen kräver stora mängder energi. Därför har en membranbaserad teknik, omvänd osmos, på senare år blivit vanligare än termisk avsaltning.
Processen är motsatsen till osmos, ett naturligt fenomen som uppstår när sötvatten skiljs från saltvatten. Det kan till exempel ske genom ett cellmembran som bara släpper igenom vattenmolekyler.
I ett försök att utjämna skillnaden i saltkoncentration på vardera sidan av membranet rör sig vattenmolekyler till saltlösningen.
Vid omvänd osmos pressas saltvatten under högt tryck genom ett membran, tillverkat av exempelvis cellulosaacetat, till motsatta sidan där det är normalt atmosfäriskt tryck.
Membranet släpper igenom vattenmolekyler, men inte saltmolekyler eller andra molekyler. Därmed kommer bara rena vattenmolekyler igenom.
Grafenmembran är effektivare
Även om omvänd osmos inte är lika energikrävande som termisk avsaltning kräver denna teknik stora mängder el för att driva pumparna som sätter havsvattnet under tryck.
Därför arbetar forskarna nu med att få in hållbar energi i avsaltningsprocessen.
Enligt planen ska omvänd osmos driven av enbart el från solceller år 2030 dagligen producera över 1,1 miljarder liter dricksvatten i Dubai.
Video: Forstå omvendt osmose på 4 minutter
En annan lösning på energiproblemet är att skapa nya typer av membran som lättare släpper igenom vattenmolekylerna och samtidigt effektivt blockerar salt och orenheter.
Ett av de mest hoppingivande materialen är grafen, tvådimensionella ark av kol som är bara en atom tjocka. Forskare vid University of Manchester i England har utvecklat en metod i vilken grafenoxid används som membran.
Detta innebär att forskarna med hög precision kan kontrollera porernas storlek i membranet.
Forskarna utnyttjar det faktum att saltmolekylerna omges av ett ”skal” av vattenmolekyler och därför är för stora för att ta sig igenom porerna i membranet tillsammans med de vanliga vattenmolekylerna.
Tre tekniker som avsaltar havsvatten
Mängder av bojar till havs som sätter vatten under press och ultratunna skivor av grafen och trä – nya miljövänliga metoder ska göra omvänd osmos mer klimatvänlig och havets saltvatten drickbart.
Grafenmembran gör omvänd osmos miljövänligare
Membran till omvänd osmos fångar i dag 90–99 procent av saltet i havsvatten. De kräver dock mycket energi eftersom vattnet måste pressas genom membranen under högt tryck. Kinesiska forskare har utvecklat ett membran av grafen som leder vattnet 100 gånger bättre och därmed kräver lägre tryck och mindre ström.
Trämembran filtrerar salt effektivt
Forskare vid Princeton University i USA har skapat ett 500 mikrometer tjockt membran av trä. Membranet är vattenavstötande, men ånga passerar lätt igenom. Genom att värma upp ena sidan av träet förångas vattnet och passerar genom porerna till andra sidan, där vattnet kondenseras. Saltet blir då kvar på den varma sidan.
Vågor sätter vattnet under tryck
Företaget Atmocean har utvecklat en pump som monteras på en boj och drivs av havets vågor. Vågrörelserna gör att pumpen suger in vatten och pressar ut det igen under högt tryck. En anläggning med 15 pumpar skapar ett vattentryck som är så högt att det kan driva en anläggning för omvänd osmos utan behov av extra elektricitet.
Eftersom forskarna kan kontrollera porernas storlek kan membranet släppa igenom vattnet mer effektivt så att avsaltningen inte kräver lika högt tryck och därmed elförbrukning som andra avsaltningsmetoder.
Galler fångar vattenånga
Avsaltning av havsvatten kan också ske utan användning av membran.
Forskare vid MIT har utvecklat en metod som kan avskilja salt, smuts och pesticider från vattnet.
Fördelen med avsaltning utan membran är att membranen med tiden fylls med smuts och bakterier och då behöver rengöras eller bytas ut. I den här processen, så kallad chockelektrodialys, flyter havsvattnet genom ett poröst glasmaterial med elektroder på vardera sidan.
Genom att låta en elektrisk ström gå mellan elektroderna, som är positivt och negativt laddade, delas saltvattnet i en saltrik del vid den ena elektroden och en saltfattig del vid den andra.
När strömstyrkan når en kritisk punkt skapas en sorts chockvåg i vätskan där de två vattenmassorna delas upp nästan helt och hållet.
Enligt forskarna kan metoden avlägsna upp till 99,99 procent av saltet i vattnet.
Porös metall utvinner vatten ur ökenluft
Materialet MOF (metal-organic framework) är den viktigaste komponenten i en vattenskördare som utvecklats av forskare vid University of California, Berkeley i USA.
Det porösa materialets små porer har så stor yta att ett gram MOF motsvarar en fotbollsplan. Materialet binder vattenmolekyler och ett kilo MOF kan utvinna 1,3 liter vatten ur luften varje dag.
Ventilator suger in luft
Vattenskördaren suger in luft med en ventilator som drivs av el från solceller. Maskinen har också ett batteri så att ventilatorn även fungerar nattetid.
Filter binder vattnet
Ramar med MOF ligger staplade inne i apparaten. Genom en process som kallas adsorption tas luftens vattenmolekyler upp i MOF-materialet.
Värme driver ut vattnet
Element värmer vattnet i materialet. Med ventilatorer drivs vattnet vidare som ånga genom ett rör innan det kyls ner och kondenseras. Vattnet är så rent att det kan drickas utan ytterligare behandling.
El ingår också i ett annat vattenkoncept på MIT. Där ska den inte driva ut dricksvatten ur havsvatten utan ur ånga.
Forskarna har utvecklat en metod för att skörda vattenånga ur kraftverk. I dag används 39 procent av allt sötvatten i USA till att kyla kraftverk vid elproduktion.
En stor del av detta vatten släpps ut i atmosfären som vattenånga, och därmed går stora mängder dricksvatten förlorade.
Det vill forskarna bakom konceptet Infinite Cooling ändra på.
De har utvecklat en teknik där ett galler fångar droppar i vattenångan.
Normalt samlar gallret in mellan en och tre procent av vattnet i ångan i form av vattendroppar, men forskarna har upptäckt att de genom att låta en svag elektrisk ström gå genom gallret kan jonisera luften, så att den blir elektriskt laddad.
Då drar gallret till sig betydligt mer av vattenångan.
Det insamlade vattnet kan både återanvändas i kraftverkets kylsystem och ledas ut till vattenförsörjningen i en närliggande stad.
Avföring förångas till dricksvatten
Avföringen torkas
På ett löpande band leds kloakslammet in i en torkugn där slammet kokas torrt på vatten. Vattenångan från slammet avskiljs från torkugnen via ett rör.
Slammet förbränns
Slammet leds in i en förbränningsugn, där det värmer upp en panna med vatten. Ångan från pannan leds till en ångmotor och en generator som förser hela processen med el.
Ångan återanvänds till el
Den överskjutande ångan från ångmotorn leds in i torkugnen, där energin används till uppvärmning och torkning av slammet. Sedan kondenseras ångan till vatten och leds tillbaka till pannan.
Vattenångan filtreras och kondenseras
Det förångade vattnet från slammet leds genom ett filter, där det renas. Sedan leds ångan vidare genom en värmeväxlare, där den kondenseras och övergår till vatten. Det destillerade vattnet är nu 99,9 procent rent och kan antingen användas till konstbevattning eller, efter tillsättning av mineraler (bland annat kalk) som dricksvatten.
Jakten på läskande vattendroppar slutar inte här. Till och med innehållet av fukt i mänsklig avföring kan utvinnas till dricksvatten.
År 2015 byggdes prototypen till en så kallad omniprocessor i Senegals huvudstad Dakar, som saknar kloaksystem och har stora problem med spillvatten och slam från primitiva toaletter.
Video: Dakars slam omdannes til vand og strøm
Tack vare omniprocessorn omvandlas i dag avföring från 50 000–100 000 invånare till rent dricksvatten.
I kombination med andra tekniska lösningar ska omniprocessorn säkerställa en framtid där ingen behöver gå törstig.
