Tiede 5/03, Risto Varteva

Suola pois tislaten ja puristaen

Vettähän planeetallamme riittää. Siitä 98 prosenttia on kuitenkin suolaisuuden takia juomakelvotonta. Merivedestäkin saa tehdyksi makeaa, mutta ei ihan halvalla.

Ihmiskunnasta 70 prosenttia asuu alle sadan kilometrin päässä merestä. Vettä riittäisi siis melkein kaikille loputtomiin, ellei merivesi olisi liian suolaista juotavaksi.

Valtameren vedessä suolaa on 3,5 prosenttia, mutta juomakelpoisessa vedessä suolaa on yleensä alle 0,05 prosenttia. Siksi Itämeren pohjoisosan 0,7-prosenttista vettä ei kannata juoda sellaisenaan, ei edes Perämeren 0,3-prosenttista vettä.

Suomessa ei tarvitse poistaa merivedestä suolaa, sillä meillä riittää suolatonta vettä – tai makeaa vettä, joksi sitä yleensä kutsutaan. Suomen ympäristökeskuksen hydrologi Esko Kuusisto ei pidä todennäköisenä, että meillä tulisi pysyvää pulaa makeasta vedestä, vaikka paikoittain ja ajoittain vettä joudutaankin säästelemään: – Ilmastonmuutoksesta tehdyt ennusteet eivät viittaa siihen, että sateet merkittävästi vähenisivät täällä. Kyllä joka puolella maata on hyvää uusiutuvaa makeaa vettä saatavilla myös tulevaisuudessa.

Suuressa maailmassa ongelma on toinen. Esimerkiksi Persianlahden alueella sataa niin vähän, ettei edes pohjavesistä ole apua, koska niitä ei ole aikojen saatossa pahemmin kertynyt. Lisääntyvään kulutukseen on vain kaksi hoitoa: juomakelpoisen veden rahtaaminen muualta tai sen valmistaminen merivedestä.

Alaskassa kuivattaa jäätyminen

Vedenvalmistus ei kuitenkaan rajoitu alueille, jotka vanhastaan miellämme kuiviksi aavikoiksi. Esimerkiksi Floridassa, lomailijoiden ja eläkeläisten paratiisissa, on tänä vuonna käynnistetty laitos, joka tuottaa merivedestä 20 miljoonaa litraa makeaa vettä vuorokaudessa eli melkein yhtä paljon kuin satatuhatta helsinkiläistä käyttää.

Aika yllättävältä kuulostaa sekin, että runsasjokisen Alaskan pohjoisrannikolla Barrow’ssa on suolanpoistolaitos. Kaupungissa on runsaat 4 000 asukasta, joille laitos valmistaa 400 000 litraa käyttövettä vuorokaudessa.

Barrow on 71. leveysasteella eli pohjoisempana kuin Utsjoki. Suolanpoisto johtuukin pohjoisesta sijainnista: talvella joet jäätyvät niin läpikotaisin, että meriveden suolanpoisto jää kätevimmäksi keinoksi hankkia puhdasta vettä.

Vesi makeaksi kahdella keinolla

Meriveden suolanpoisto on tavallaan väärä sana, koska käytännössä makeaa vettä tuotetaan siten, että suolaisesta merivedestä poistetaan vettä. Jäljelle jää aiempaa suolaisempi liuos, mutta se voidaan johtaa takaisin mereen, missä se laimenee nopeasti samaan suolapitoisuuteen kuin ympäristönsä.

Käytännössä kannattavia menetelmiä on kaksi. Toisessa merivesi tislataan, toisessa vesimolekyylit puristetaan suurella paineella irti suolan atomeista.

Höyrystys kerää pelkän veden

Tislaus perustuu siihen, että höyryssä on pelkkää vettä: suola, bakteerit ja muut lisukkeet jäävät veteen eivätkä seuraa kaasuna ylös nousseita vesimolekyylejä. Näin saadaan puhdasta vettä.

Tislauksessa itse asiassa matkitaan luonnon omaa kiertokulkua, sillä maapallo on jättimäinen tislaamo: joka päivä maailman meristä ja mantereilta haihtuu ilmakehään 500 000 miljardia tonnia vettä, joka tulee ennen pitkää sateena alas ja täyttää joet ja järvet. Matkalla siihen voi sekoittua jonkin verran ilmakehän epäpuhtauksia, mutta se on taatusti suolatonta.

Periaate on siis hyvin yksinkertainen: annetaan veden kiehua, ja kun höyry on tiivistynyt takaisin vedeksi, se lorotetaan säiliöön.

Näin se kävisi, jos veden kiehuttaminen ei maksaisi mitään. Siihen tarvitaan kuitenkin paljon energiaa, ja se maksaa. Haihtumiseen kuluvan energian voi kokea omakohtaisesti kesäisen uintiretken jälkeen, jos jää märkänä seisoskelemaan rannalle. Veden haihtuminen iholta riistää elimistöstä niin paljon lämpöä, että aika pian tulee vilu.

Ainoastaan rikkaiden juomaksi

Haihduttamisen hinnasta saa mielikuvan ajattelemalla, että kiehuttaisi sähköliedellä litran vettä ja keräisi höyryn takaisin nesteeksi. Vaikkei lämpöhäviöitä otettaisi huomioon, veden kiehuminen kuiviin veisi sähköä yli 0,6 kilowattituntia eli rahana pyöreästi viisi tai kymmenen senttiä. Ja se olisi vasta yksi litra – alle kahdessadasosa helsinkiläisen keskimääräisestä päiväkulutuksesta.

Suuren energiantarpeen takia ei olekaan yllättävää, että mahtavimmat suolanpoistojärjestelmät on rakennettu Lähi-itään, missä omasta maasta löytyvää öljyä ja maakaasua voidaan pitää lähes ilmaisena. Siitä saadaan se lämpö, jolla merivesi haihdutetaan. Samalla toki voidaan tuottaa sähköä, jos polttoaineen palokaasujen annetaan pyörittää turbogeneraattoria, ennen kuin ne johdetaan kiehuttamaan merivettä.´

Muutaman vuoden takaiset tilastot kertovat, että eniten suolanpoistokapasiteettia oli Saudi Arabiassa, viisi miljoonaa kuutiometriä päivässä. Se on 40 kertaa enemmän kuin Helsingin kulutus. Yhdistyneissä arabiemiirikunnissa tuotanto oli runsaat kaksi miljoonaa kuutiometriä ja Kuwaitissa vajaat puolitoista miljoonaa. Siihen väliin mahtui Yhdysvallat kolmella miljoonalla kuutiollaan päivässä.

Kovalla paineella suolasta eroon

Suolanpoistolaitoksia on eri puolilla maailmaa ainakin 15 000. Ne eivät suinkaan kaikki ole tislaamoja, sillä noin 30 prosenttia meriveden suolanpoistosta hoituu niin kutsutulla käänteisellä osmoosilla. Siinä vesimolekyylejä puristetaan niin pienireikäisen kalvon läpi, etteivät suolan natrium- ja klooriatomit pääse perässä.

Tässä menetelmässä ei matkita luontoa, kuten tislauksessa tehdään. Päinvastoin: vaikka myös luonto itse rakentaa pienireikäisiä kalvoja soluihin, ne toimivat niin päin, että suolaton vesi virtaa kalvon läpi suolaiselle puolelle. Ilmiötä kutsutaan osmoosiksi. Se on yksi syy siihen, miksi suolattomassa vedessä keitettävän perunan kuori repeää helposti: keitinvettä kulkeutuu kuoren läpi suolapitoisempaan perunaan, jolloin perunan sisällä paine kasvaa sen verran, että kuori repeää tai peruna jopa hajoaa.

Tämä tilanne on helppo kääntää mielessään toisin päin. Jos perunan sisään puristetaan oikein suuri paine, sieltä alkaa tihkua kuoren läpi makeaa vettä ulos, koska suola jää perunan sisään. Juuri näin toimii käänteiseen osmoosiin perustuva suolanpoisto.

Suolanpoiston kalvot eivät kuitenkaan ole perunankuoria vaan muovia, esimerkiksi polyamidia ja selluloosa-asetaattia. Painetta tarvitaan vähintään 70 ilmakehää eli varsin paljon: se vastaa painetta 700 metriä korkean vesipatsaan alapäässä. Kalvojen kestävyys olikin pitkään ongelmana, mutta nykyiset kalvot kestävät viisi, jopa kymmenen vuotta. Raakavesi on kuitenkin puhdistettava hyvin, koska liiat epäpuhtaudet voivat pilata kalvon. Varsinkin bakteerit tukkivat huokoisen kalvon nopeasti.

Näin vasta sadasosa vedestä

Tislattuun veteen on lisättävä muun muassa kalsiumkarbonaattia, jottei se olisi liian suolatonta ihmisen elimistölle. Myös huonolaatuista pohjavettä voidaan sekoittaa tislaamosta tulevaan veteen, jolloin saadaan juomakelpoista tavaraa eikä pohjavettä tarvitse hylätä kokonaan.

Kalvomenetelmä on paljon teknisempi kuin tislaus, koska suurta painetta ei saada pelkällä lämmöllä, vaan on käytettävä sähkömoottoreiden pyörittämiä pumppuja. Kalvomenetelmä sopii toisaalta myös pieniin laitoksiin. Sen sijaan kovin pientä tislaamoa ei kannata rakentaa kuin erikoistarkoituksiin.

Oikeastaan kyllä kaikki suolanpoistolaitokset on tehty erityistarkoituksiin. Tämä havaitaan, kun tarkastellaan niiden tuotantomääriä. Scientific American -lehdessä pari vuotta sitten julkaistun arvion mukaan vain yksi prosentti ihmiskunnan juomavedestä tuotetaan suolanpoistolla.

Bisnes kuitenkin laajenee nopeasti, sillä esimerkiksi kansainvälinen ympäristötietokanta Edie kertoi toukokuussa, että Aasian suolanpoistolaitosten tilaukset kasvavat vuosittain yli kymmenen prosenttia. Vuonna 2010 rahaa liikkuisi siellä jo yli miljardi euroa vuodessa. N

[sivun alkuun] [sisällys] [etusivu]