Model perubahan iklim dan pertumbuhan penduduk menunjukkan peningkatan kekurangan bekalan air tawar, tetapi penyelidikan baru mencadangkan bahawa desalinating air bawah tanah payau boleh membantu melegakan isu ini.

Dijalankan oleh penyelidik MIT, kajian ini memberikan analisis mendalam tentang jumlah tenaga yang diperlukan untuk menghilangkan pelbagai komposisi air bawah tanah payau dan penggunaan potensinya di Amerika Syarikat dan di luar negara.

Penyelidikan ini diterbitkan dalam jurnal Penyelidikan Air.

Apakah air bawah tanah payau?

Air bawah tanah payau adalah air yang mengandungi lebih banyak kemasinan daripada air tawar, tetapi tidak seperti air laut.

Jumlah air bawah tanah payau di AS adalah kira-kira 800 kali lebih besar daripada jumlah air bawah tanah yang dikeluarkan di seluruh negara, namun kurang daripada satu peratus bekalan air negara berasal dari sumber ini. Sebaliknya, kira-kira seperlima air minum AS berasal dari air bawah tanah yang segar.

Tetapi menurut para penyelidik, menggunakan sebahagian kecil daripada air payau yang berlimpah di Amerika Syarikat secara dramatik dapat meningkatkan prospek masyarakat yang kelaparan air.

"AS mempunyai lebih banyak air bawah tanah daripada air bawah tanah yang segar. Dan kebanyakan air bawah tanah di dunia sedang digunakan, sehingga banyak akuifer air tawar menunjukkan tanda-tanda penurunan, "katanya. John Lienhard, pengarah Makmal Keselamatan Air dan Makanan Dunia Abdul Latif Jameel di MIT.

Walau bagaimanapun, sehingga baru-baru ini, air bawah tanah payau telah menjadi sumber yang sangat tidak diingini.

Menyiasat sumber air baru

Penyelidikan bermula di 2015 apabila Lienhard bertemu seorang saintis dari US Geological Survey (USGS) pada satu persidangan dan belajar tentang koleksi agensi lebih daripada sampel air bawah tanah 100,000 dari telaga.

"Saya tertarik, dan saya tertanya-tanya apa yang kita tahu tentang bagaimana komposisi air bawah tanah menjejaskan proses penyahgaraman," kata Lienhard dalam satu kenyataan.

Beliau membincangkan persoalan dengan Yvana Ahdab, seorang pelajar siswazah MIT dan pengarang bersama kertas itu, yang menyelidikinya dan mendapati bahawa, walaupun terdapat banyak analisis tentang komposisi air laut di seluruh dunia, tidak ada kajian yang setanding untuk air bawah tanah.

Ini mungkin disebabkan oleh fakta bahawa komposisi air bawah tanah berbeza lebih meluas daripada air laut, dalam kedua-dua salinitas dan kepekatan bahan-bahan lain seperti kalsium dan sulfat.

Walau apa pun, para penyelidik berusaha untuk menganalisis dataset USGS dan memahami bagaimana komposisi air bawah tanah boleh menjejaskan penyahgaraman.

Menganalisis komposisi

Air laut merupakan sumber utama bagi sistem penyahgarapan yang sedia ada, jadi teknologi ini kebanyakannya telah dibangunkan dan ditala untuk komposisi air laut.

Dan kerana air payau sangat berbeza, para penyelidik berminat melihat batasan-batasan teoritis bagaimana mungkin ia akan mengurangkan tenaga yang diperlukan untuk mengeluarkan air payau yang mempunyai komposisi tertentu.

Menggunakan termodinamik, sains yang berkaitan dengan hubungan antara haba dan tenaga, para penyelidik mengkaji bagaimana komposisi air bawah air payau yang berbeza akan menjejaskan tenaga yang diperlukan untuk penyahgaraman.

"Termodinamik membolehkan kita mengkaji bagaimana campuran garam yang berlainan menjejaskan tenaga yang diperlukan untuk memisahkan air tawar dari air garam," kata Lienhard. "Pemodelan termodinamik ini memberitahu kita jumlah minimum tenaga yang diperlukan - seolah-olah kita mempunyai sistem penyahgarapan yang sempurna. Kami juga melihat nombor untuk perkakasan sebenar supaya kami dapat mengukur ruang untuk penambahbaikan teknologi. "

Para penyelidik mendapati bahawa komposisi itu terbahagi kepada lima kelas: ada yang dikuasai oleh natrium klorida, natrium bikarbonat, atau natrium sulfat, manakala yang lain dikuasai oleh kalsium bikarbonat atau kalsium sulfat, mereka menjelaskan.

Mereka menentukan bahawa air bawah tanah yang dikuasai oleh natrium memerlukan tenaga yang lebih besar untuk desalinate daripada yang dikuasai oleh kalsium, manakala yang dikuasai oleh klorida memerlukan tenaga lebih daripada yang dikuasai oleh sulfat.

Di samping itu, para penyelidik mendapati bahawa kelebihan yang besar dari desalinating air bawah tanah payau berbanding air laut ialah kadar pemulihan. Penyahairan laut biasanya menghasilkan separuh jumlahnya dalam air tawar, tetapi penyahgaraman air payau boleh menghasilkan sehingga 90 peratus air tawar, menurut para penyelidik.

Menganalisis lokasi

Selepas menganalisis komposisi, pasukan juga memetakan lokasi sumber air bawah tanah berpotensi yang boleh digunakan di kawasan yang mengalami tekanan terbesar ke atas bekalan air.

Hasilnya menunjukkan banyak lokasi, termasuk California Selatan, Arizona dan daerah Upper Midwest.

Walaupun dataset yang paling lengkap adalah berdasarkan kepada sumur AS, pasukan itu juga memeriksa set sampel lain dari kawasan di Asia, Australia, Eropah, Amerika Utara dan Amerika Selatan, dan mendapati bahawa trend AS air paya yang boleh dirawat mungkin dapat direplikasi di kebanyakan bahagian dari dunia.

Kesimpulan

Maklumat mengenai komposisi air bawah tanah payau, ditambah pula dengan peta sumber air bawah tanah payau di seluruh negara, boleh membantu merancang rancangan untuk membangunkan sumber air baru, para penyelidik percaya.

Para penyelidik terus mengkaji air bawah tanah payau, dan berharap sumber itu tidak lama lagi akan digunakan sebagai cara untuk memperluas bekalan air tawar.  

"Penduduk yang semakin meningkat dan pemanasan dan iklim yang lebih berubah-ubah menimbulkan cabaran yang belum pernah berlaku untuk bandar, ladang, dan industri kami," kata Lienhard. "Penggunaan air bawah air payau yang mampan, melalui penyahgaraman, dapat membantu mengembangkan bekalan air tawar kami. Pendekatan ini boleh menjadi salah satu komponen strategi pengurusan air bersepadu untuk banyak bahagian dunia yang diancam oleh kekurangan air. "