thumb|right|350x350px| Postrojenje za desalinizaciju reverznom osmozom u Barceloni Španija. Desalinizacija, desalinacija je odsoljavanje, vještački proces kojim se slana voda (uglavnom slana voda) pretvara u slatku vodu.
Općenito, desalinizacija je uklanjanje soli i minerala iz neke supstance."Desalination" (definition), The American Heritage Science Dictionary, via dictionary.com. Retrieved August 19, 2007. Moguće je desalinizirati slanu vodu, posebno morsku vodu, kako bi se proizvela voda za ljudsku potrošnju ili navodnjavanje, pri čemu se kao nusproizvod proizvodi slana voda.
Interes za desalinizaciju uglavnom se fokusira na isplativo obezbjeđivanje slatke vode za ljudsku upotrebu. Uz recikliranu otpadnu vodu, to je jedan od rijetkih vodnih resursa nezavisnih od padavina. Kako se naglasak na potrebu za slatkom vodom globalno pojačava, desalinizacija je postala ključni dio strategija za globalnu sigurnost vode. Prema pregledu iz 2019. godine u časopisu Science of the Total Environment, širom svijeta se proizvodi oko 95 miliona kubnih metara desalinizirane vode dnevno, a očekuje se da će potražnja za takvom vodom značajno porasti kako bi se smanjio globalni jaz u snabdijevanju vodom.
Zbog potrošnje energije, desalinizacija morske vode je uglavnom skuplja od slatke vode iz površinskih ili podzemnih voda, vode i konzervacija vode. Međutim, ove alternative nisu uvijek dostupne i iscrpljivanje rezervi je kritičan problem širom svijeta. Procesi desalinizacije koriste ili termalne metode (u slučaju destilacije) ili metode zasnovane na membrani (npr. u slučaju reverzne osmoze).
Od 2020. godine, globalni kapacitet desalinizacije iznosio je otprilike 97 miliona m³/dan iz preko 16.800 operativnih postrojenja, s ugovorenim projektima koji podižu ukupni potencijalni kapacitet preko 114 miliona m³/dan širom svijeta. U 2018. godini, globalni energetski intenzitet desalinizacije iznosio je oko 3 kWh/m3 (u 2018. godini), što je poboljšano za faktor 10 sa 20–30 kWh/m3 u 1970. Ipak, desalinizacija je predstavljala oko 25% energije koju je potrošio vodni sektor u 2016. godini. Ključne kompanije u industriji desalinizacije uključuju Acciona, Dow, Evoqua Water Technologies, Siemens AG, DuPont, Doosan Enerbility, Toray Industries Inc. i Xylem.
Historija
Antičko doba Rani koncepti vezani za desalinizaciju mogu se pratiti do Aristotela, koji je u djelu Meteorologija primijetio da se prilikom isparavanja morske vode nastala para kondenzuje kao slatka voda, a ne kao slana. Ovo odražava rano razumijevanje isparavanja i kondenzacije. Također je opisao kako posuda od voska može zadržati pitku vodu nakon uranjanja u morsku vodu, što sugerira primitivni oblik filtracije.Aristotle with E.W. Webster, trans., Meteorologica, in: Ross, W. D., ed., The Works of Aristotle, vol. 3, (Oxford, England: Clarendon Press, 1931), Book III, §358: 16–18 and §359: 1–5.
Spominjanje desalinizacije morske vode pojavilo se i u drevnoj Kini. Tekstovi povezani s Periodom zaraćenih država i Istočnom dinastijom Han opisuju kako su bambusove prostirke korištene za kuhanje riže na pari razvile tanki vanjski sloj nakon duže upotrebe, za koji se vjerovalo da ima svojstva upijanja soli.
Općenito, primjeri eksperimentiranja u desalinizaciji pojavljivali su se tokom antike i srednjeg vijeka, iako su ostali ograničenog obima i primjene.Vidi: Joseph Needham, Ho Ping-Yu, Lu Gwei-Djen, Nathan Sivin, Science and Civilisation in China: Volume 5, Chemistry and Chemical Technology (Cambridge, England: Cambridge University Press, 1980), p. 60. Alexander of Aphrodisias (fl. 200 A.D.) wrote, in his commentary on Aristotle's Meteorology, that if a lid is placed on a boiling pot of seawater, fresh water will condense on the lid. In his Hexaemeron, Homily IV, § 7, Basil of Caesarea (c. 329–379 AD) mentioned that sailors produced fresh water via distillation. Saint Basil with Sister Agnes Clare Way, trans., Saint Basil Exegetic Homilies (Washington, DC: The Catholic University of America Press, 1963), p. 65. From p. 65: "Moreover, it is possible to see the water of the sea boiled by sailors, who, catching the vapors in sponges, relieve their thirst fairly well in times of need." Međutim, desalinizacija velikih razmjera nije postala izvodljiva sve do modernog perioda.
Srednji vijek i renesansa (5.–17. stoljeće) Tokom srednjeg vijeka, desalinizacija je ostala ograničena i prvenstveno se zasnivala na destilaciji, u kojoj se morska voda zagrijavala da bi se proizvela para koja se zatim kondenzovala u slatku vodu. Ove metode su uglavnom bile malog obima i korištene su u specifičnim okolnostima, posebno u pomorskim okruženjima.
Značajan doprinos renesansi došao je od Leonarda da Vincija, koji je predložio da se destilirana voda može efikasnije proizvoditi prilagođavanjem destilatora na šporet.J. R. Partington, History of Chemistry, Vol. 2–3, Macmillan, London, 1962. U Centralnoj Evropi, tehnike destilacije su se također nastavile razvijati tokom ovog perioda, iako ne uvijek specifično za desalinizaciju.
Historijski zapisi iz 16. stoljeća opisuju upotrebu uređaja za desalinizaciju u vanrednim uvjetima. Jedan primjer se mogao dogoditi 1560. godine na ostrvu uz obalu Tunisa, gdje je opkoljeni španski garnizon navodno izgradio destilator za proizvodnju slatke vode, iako tehnički detalji aparata nisu poznati.
Predindustrijski i rani moderni period (16.–18. stoljeće) Prije Industrijske revolucije, desalinizacija se uglavnom koristila na prekookeanskim brodovima, gdje je pristup slatkoj vodi bio neophodan za duga putovanja. Destilacija na brodovima se koristila za dopunjavanje uskladištenih zaliha kada je to bilo potrebno.
Interes za desalinizaciju porastao je tokom 17. stoljeća. Ličnosti poput Francisa Bacona i Waltera Raleigha raspravljale su o metodama prečišćavanja vode, dok je Sir Richard Hawkins izvještavao da je snabdijevao svoju posadu slatkom vodom, destilacijom morske vode na brodu.
Ovaj rastući interes odrazio se u prvim patentima za aparat za desalinizaciju. Patenti su odobreni 1675. i 1683. godine Williamu Walcotu i Robertu Fitzgeraldu i drugima, iako nijedan izum nije ušao u široku upotrebu zbog poteškoća u skaliranju tehnologije.W. Walcot, Purifying Water, Britain No. 184, 1675R. Fitzgerald et al, Purifying Salt Water, Britain No. 226, 1683.
Tokom ovog perioda, napredak je ostao postepen i nisu zabilježena veća poboljšanja osnovnog procesa destilacije između sredine 17. i kraja 18. stoljeća.
Kada je fregata Protector prodata Danskoj 1780-ih i preimenovana u Hussaren, njen aparat za destilaciju je detaljno proučen i dokumentovan. U Sjedinjenim Američkim Državama, Thomas Jefferson kasnije je sastavio ranije metode desalinizacije zasnovane na toploti i distribuirao praktične smjernice za njihovu pomorsku upotrebu.
Industrijska era (19. stoljeće) Metode desalinizacije značajno su se promijenile od početka 19. toljeća širenjem parne mašine i napretkom termodinamike. Rastuća potražnja za čistom vodom za parne kotlove, zajedno sa širenjem evropskog kolonijalizma u sušne regije, stvorila je povoljne uslove za dalji razvoj tehnologija desalinizacije.
Uvedeni su efikasniji termalni sistemi, uključujući višestruke isparivače, što je omogućilo ponovnu upotrebu toplote u nekoliko faza. Godine 1852., Alphonse René le Mire de Normandy patentirao je vertikalnu cijevnu jedinicu za destilaciju morske vode koja je postala široko korištena, posebno u pomorskim primjenama, zbog svog relativno jednostavnog dizajna i lahkoće konstrukcije.
Do druge polovine 19. stoljeća, postrojenja za desalinizaciju na kopnu počela su se češće pojavljivati. Tokom 1860-ih, američka vojska je instalirala isparivače Normandy u Key Westu i Dry Tortugasu. Tokom 1880-ih, još jedno postrojenje je instalirano u Suakinu, za obezbjeđivanje slatke vode za britanske trupe, koristeći šestostepenu destilaciju.
20. stoljeće Tehnologija desalinizacije značajno je napredovala nakon Drugog svjetskog rata. Razvijene su i široko primijenjene termičke metode poput višeefektivne i višestepene bljeskalice, posebno u regijama sa ograničenim resursima slatke vode. Desalinizacija smrzavanjem i odmrzavanjem se također pojavila kao alternativni pristup, zasnovan na procesima kristalizacije.
U 1955., Ured za slanu vodu osnovan je unutar Ministarstva unutrašnjih poslova Sjedinjenih Američkih Država radi promocije istraživanja i razvoja u desalinizaciji. Ovi napori doprinijeli su izgradnji postrojenja za destilaciju i elektrodijalizu i podstakli međunarodnu saradnju u toj oblasti.
Jedan od najvažnijih dostignuća 20. stoljeća bila je reverzna osmoza (RO), proces zasnovan na membrani u kojem pritisak propušta slanu vodu kroz polupropusnu membranu, koja zadržava rastvorene soli. Do kraja 1960-ih i početka 1970-ih, RO se pojavio kao obećavajuća alternativa termičkoj desalinizaciji. Istraživanja su provedena na univerzitetima u Kaliforniji i od strane kompanija, uključujući Dow Chemical Company i DuPont.
Prvo industrijsko postrojenje za desalinizaciju u Sjedinjenim Američkim Državama otvoreno je u Freeportu, Teksas, 1961. godine nakon dugotrajne regionalne suše. Prvo komercijalno RO postrojenje za bočatu vodu otvoreno je u Kaliforniji 1.965. Sidney Loeb i kolege sa Univerziteta Kalifornije, Los Angeles pomogli su u razvoju velikih pilot sistema koji su pokazali izvodljivost RO za vodosnabdijevanje općina. U 1975., Prvo postrojenje za desalinizaciju morske vode reverznom osmozom pušteno je u rad.
21. stoljeće i moderni razvoj Od početka 21. stoljeća, kapaciteti za desalinizaciju su se brzo proširili, sa hiljadama postrojenja koja rade širom svijeta, posebno na Bliskom istoku. Reverzna osmoza postala je dominantna tehnologija desalinizacije zbog svoje skalabilnosti i energetskih performansi. Istraživanja u 21. stoljeću sve su se više fokusirala na efikasnost i održivost. To je uključivalo integraciju obnovljivih izvora energije, poput sunčane i energije vjetra u sisteme desalinizacije, kao i razvoj naprednih membrana, uključujući materijale na bazi grafena, biomimetičke, keramičke i nanokompozitne materijale.
Od 2021. godine, oko 22.000 postrojenja za desalinizaciju je širom svijeta bilo u funkciji.
Primjene
thumb|upright=1.5| Shema višestepenog fleš desalinatoraA – para u B – morska voda u C – nestala pitka voda D – slana voda (otpad)) E – kondenzat out F – izmjenjivač toplote G – sakupljanje kondenzacije (desalinizirana voda)H – grijač slane vode Posuda pod pritiskom djeluje kao protivstrujni izmjenjivač toplote. Vakuumska pumpa snižava pritisak u posudi kako bi olakšala isparavanje zagrijane morske vode (slane vode) koja ulazi u posudu s desne strane (tamnije nijanse označavaju nižu temperaturu). Para se kondenzuje na cijevima na vrhu posude u kojima se svježa morska voda kreće s lijeva na desno. Danas, širom svijeta radi oko 21.000 postrojenja za desalinizaciju. Najveća su u Ujedinjenim Arapskim Emiratima, Saudijskoj Arabiji i Izraelu. Najveće svjetsko postrojenje za desalinizaciju nalazi se u Saudijskoj Arabiji (Postrojenje za desalinizaciju i elektranu Ras Al-Khair) s kapacitetom od 1.401.000 kubnih metara dnevno.
Desalinizacija je sada skupa u poređenju s većinom alternativnih izvora vode, a samo vrlo mali dio ukupne ljudske potrošnje zadovoljava se desalinizacijom. Obično je ekonomski praktično samo za visokovrijedne namjene (kao što su kućanstva i industrija) u sušnim područjima. Međutim, postoji porast desalinizacije za poljoprivrednu upotrebu za desalinizaciju tla. Mnogi pomorski brodovi i podmornice također koriste desalinizaciju. Najšira upotreba je u gusto naseljenim područjima kao što su Singapur ili California a posebno u Perzijskom zalivu.