気候変動モデルと人口増加は淡水供給の希少性を指摘しているが、新しい研究では、 汽水地下水を脱塩する 問題を解決するのに役立ちます。

この研究では、MITの研究者によって実施され、汽水の地下水の様々な組成を脱塩するために必要なエネルギー量と、米国内外でのその潜在的な用途に関する詳細な分析を提供しています。

研究はジャーナルに発表されています 水の研究.

汽水の地下水は何ですか？

汽水地下水は、淡水よりも塩分が多いが、海水ほどではない。

米国の汽水の地下水の量は、全国の地下水の総量の約800倍ですが、国内の給水の1％未満がこの水源から来ています。 代わりに、米国の飲料水の約5分の1は新鮮な地下水に由来しています。

しかし、研究者によれば、米国で豊富な汽水の一部を使用すると、水不足のコミュニティの見通しを劇的に改善することができます。

「米国には新鮮な地下水よりも汽水が多い地下水があります。 そして、多くの淡水帯水層が減少の兆候を示している点まで、世界の淡水地下水の多くが頻繁に使用されています」 ジョン・リエンハード、ディレクターの Abdul Latif Jameel世界水・食糧安全保障研究所 MITで

しかし、最近まで、汽水の地下水は、ほとんど見過ごされていました。

新しい水源の調査

この研究は、会議で米国地質調査所（USGS）の科学者とLienhardが出会い、井戸からの2015を超える地下水サンプルの収集について学んだときに100,000で始まりました。

「私は魅了され、地下水の組成が脱塩プロセスにどのように影響するかについて私たちは何を知っているのだろうか」とLienhardは声明で述べた。

彼は、MITの大学院生であり、この論文の共同執筆者であるYvana Ahdab氏に質問し、調査したところ、世界中の海水組成について数多くの分析が行われていたが、地下水に関する比較研究はなかった。

これは、塩分とカルシウムや硫酸塩などの他の物質の濃度の両方で、地下水の組成が海水よりも大きく変化するという事実によると考えられます。

それにもかかわらず、研究者らはUSGSのデータセットを分析し、淡水の地下水組成が淡水化にどのように影響するかを理解しました。

組成物の分析

海水は既存の淡水化システムの主な供給源であるため、この技術は主に海水の組成に合わせて開発および調整されています。

そして汽水は非常に異なるので、研究者は特定の組成を有する淡水を脱塩するのに必要なエネルギーをいかに減らすことができるかの理論上の限界を調べることに興味があった。

研究者らは、熱とエネルギーの関係を扱う科学である熱力学を用いて、淡水化した地下水の組成が淡水化に必要なエネルギーにどのように影響するかを研究した。

「熱力学により、塩のさまざまな混合物が塩水から淡水を分離するために必要なエネルギーにどのように影響するかを研究することができます」とLienhard氏は述べています。 「この熱力学的モデリングは、必要な最小限のエネルギー量を示します。まるで完全に効率的な脱塩システムがあるかのようです。 また、技術的な改善の余地を判断できるように、実際のハードウェアの数値も調べました。」

研究者らは、組成物が5つのクラスに分類されることを発見した。そのうちのいくつかは塩化ナトリウム、重炭酸ナトリウム、または硫酸ナトリウムであり、他は重炭酸カルシウムまたは硫酸カルシウムによって支配されている、と彼らは説明した。

彼らは、ナトリウムに支配された地下水は、カルシウムが支配する地下水よりも多くのエネルギーを必要とし、塩化物が支配する地下水は硫酸塩が支配する地下水よりも多くのエネルギーを必要とすると判断した。

さらに、研究者らは、海水よりも淡水の地下水を脱塩することの大きな利点が回復率であることを見出した。 海水淡水化は一般的に淡水中の量の半分になるが、淡水の淡水化は90％の淡水を産出する可能性があるという。

場所の分析

組成物を分析した後、チームはまた、潜在的に使用可能な汽水の地下水源の場所を、給水に最も大きなストレスを感じている地域にマッピングしました。

結果は、南カリフォルニア、アリゾナ、上中西部の地域を含む多くの場所を指しています。

最も完全なデータセットは米国の井戸に基づいていたが、チームはまた、アジア、オーストラリア、ヨーロッパ、北アメリカ、および南米の地域のサンプルの他のセットを調べ、大部分の処理可能な汽水の米国の傾向が複製可能であることを見出した世界の。

まとめ

汽水の地下水の組成に関する情報は、全国の汽水の地下水源の地図と相まって、新しい水資源を開発する計画を導くのに役立つと研究者らは信じている。

研究者は汽水の地下水を研究し続けており、すぐに資源が淡水供給を拡大する手段として使用されることを願っています。  

「人口の増加と温暖化が進み、気候の変動が激しいことは、私たちの都市、農場、産業にとって前例のない課題です」とLienhard氏は述べています。 「淡水化による汽水地下水の持続可能な利用は、淡水の供給を拡大するのに役立ちます。 このアプローチは、水不足の脅威にさらされている世界の多くの地域の統合された水管理戦略の1つのコンポーネントになり得ます。」