Streven. Jaargang 17

[p. 579]

Wetenschappelijke kroniek
Zoet water uit de zee
Een wereldprobleem
P. de Ceuster

ZOLANG er niet eens een bijzondere droogteperiode komt, zoals in 1957, toen één op zes steden in de U.S.A. de distributie van leidingwater gewoon stop moest zetten, beseft de gewone verbruiker niet welke problemen de watervoorziening in de wereld stelt. Met het vochtige klimaat dat ons deel is, hebben wij wel eens de indruk in onze streken meer water te krijgen dan ons lief is. Het klinkt dan ook wat paradoxaal, dat we hier van watertekort zouden gaan spreken. En toch: ook in de Benelux-landen daalt de ondergrondse waterspiegel voortdurend en raken de waterlopen steeds meer bevuild. Als de voorzorgsmaatregelen welke men overweegt, falen, kan er ook in onze landen binnen weinige jaren een catastrofale situatie ontstaan.

Nog meer geldt dit voor de hele beschaafde wereld. Volgens een boutade van Churchill betekent het bezit van een badkuip beschaving, het gebruik ervan cultuur. Als dit juist is, dan verkeert nog slechts een klein gedeelte van de mensheid in het eerste stadium, dat van de beschaving: slechts 10% van de wereldbevolking is aangesloten op een waterleiding. Dat betekent voor het grootste gedeelte van de wereldbevolking niet alleen een gebrek aan elementaire hygiëne: 40% van het verbruikte water gaat naar de industrie en van de 60% die naar de particuliere sector gaat, dient slechts een klein gedeelte voor de eigenlijke hygiëne. Ook met het waterverbruik als beschavingsmaatstaf is de achterstand van de ontwikkelingslanden uit te drukken in cijfers. Terwijl de Verenigde Staten 3000 ton water per jaar en per hoofd verbruiken en de West-Europese landen ongeveer de helft daarvan, verbruiken de ontwikkelingslanden slechts 40 ton. Daar komt bij dat het waterverbruik overal veel sneller stijgt dan de bevolking en dat uitgestrekte dorre gebieden in vele streken slechts op bevloeiing wachten om hun bijdrage te kunnen leveren in het levensonderhoud van de mensheid.

Aldus wordt de watervoorziening als een van de tien officieel belangrijke wereldproblemen beschouwd. Technisch vormt zij misschien het meest belangrijke van deze problemen. Om er een definitieve oplossing voor te zoeken, heeft de Unesco voor 1965 een hydrologisch decennium aangekondigd. In wereldwijde samenwerking zullen alle mogelijkheden onderzocht worden om aan meer water te raken: methoden om water te zuiveren, het aanleggen van waterlopen en ondergrondse reservoirs, het recycleren van gebruikt water, enz. Zowel van privé- als van officiële zijde werd op dit gebied reeds veel werk geleverd, zodat op een belangrijk congres, dat in mei 1962 te Athene werd gehouden, een vergelijking kon gemaakt worden van de verschillende methoden. Een van de belangrijkste middelen om de watervoorraden uit te breiden, schijnt dan te zijn: het ontzouten van zeewater.

Immers, er zijn praktisch slechts twee mogelijkheden: ofwel het zuiveren en recycleren van afvalwater, ofwel het ontzouten van zeewater. De eerste methode is in sommige sterk geïndustrialiseerde gebieden een noodzaak geworden. Immers het vervaardigen van 1 ton staal vergt 270 ton water; voor 1 ton papier is 600 ton water nodig; voor rayonvezel is het 1300 en voor synthetische rubber

[p. 580]

2700 ton¹⁾. In vele gevallen kan dit verbruik drastisch verminderd worden door het recycleren van het water, dat dan voor 80 tot 90% teruggewonnen wordt²⁾. Doch in andere gevallen wordt het zuiveren van het gebruikte water al langer hoe moeilijker en door het gebruik van moderne wasmiddelen is het vaak zelfs helemaal onmogelijk geworden. Deze wasmiddelen blijven immers steeds maar schuimen: ze bieden weerstand aan de micro-organismen die op natuurlijke wijze alle organische stoffen verbranden en zo het water zuiveren. Het geval is zo acuut, dat vele landen in een zeer nabije toekomst het gebruik van deze soort detergentia zullen verbieden. In West-Duitsland wordt dit ultimatum reeds van kracht op 10 oktober 1964. Tegen die datum moet de industrie biodegradabele wasmiddelen gevonden hebben. Doch zelfs wanneer men rekening houdt met een verder doorgedreven terugwinning, zal b.v. in de U.S.A. in 1980 het totale waterverbruik groter geworden zijn dan de twee miljard ton die per dag als bruikbaar water de rivieren en dergelijke passeren. Vóór het zover is, moeten er bijgevolg andere middelen gezocht en gevonden worden. Eén daarvan is dan het ontzouten van zeewater.

In totaal is er drieduizend maal meer zeewater beschikbaar dan zoet water. En hoeveel men er ook van aftapt om het in zoet water om te zetten en te verbruiken, verlies bestaat hier niet: langs wolken en rivieren komt alles steeds opnieuw in het grote oceaanreservoir terecht. Het water stroomt altijd naar de zee.

Maar hoe krijgt men het zout uit het zeewater? Van thermodynamisch standpunt uit bekeken zou het ontzouten van 1500 liter zeewater slechts 1 kilowattuur vergen. Doch dit is een zuiver theoretische waarde. In de praktijk bestaat er geen enkele rechtstreekse methode om het zeewater te ontzouten en is men steeds verplicht langs omwegen te gaan.

Principieel zijn er twee wegen: men kan ofwel het zout uit de pekel verwijderen, ofwel het water eruit halen. Gezien de samenstelling van het zeewater (35 g zout per liter) schijnt de eerste weg de eenvoudigste te zijn. Toch is dit niet zo. Er is slechts één methode die deze weg volgt: de elektrodialyse.

Zout is geïoniseerd en water niet. Dit betekent dat zout uiteenvalt in elektrisch geladen deeltjes, ionen. In de elektrodialyse worden deze ionen door elektrisch geladen schotten in kamers gelokt, zodat het zoutarm water dan weg kan lopen. Wanneer het om zeewater gaat, is deze methode echter niet economisch: de eisen waaraan de poreuze schotten moeten voldoen, liggen namelijk zeer hoog. Voor brak water, dat een veel lager zoutgehalte heeft, schijnt de elektrodialyse momenteel evenwel de beste methode te zijn. Verschillende installaties werken er mee in Amerika en Afrika.

Alle andere methoden zijn er daarentegen op gericht, het water uit de zoutoplossing te halen³⁾. De meest eenvoudige daarvan - reeds vanouds op schepen toegepast - is de destillatie. De gewone en directe destillatie is zeer kost-

1) In de synthetische rubberfabriek, de Chemische Werke Hüls in het Roergebied, wordt het industriewater van de overbelaste Roerrivier ‘geleend’ en na zuivering teruggestuurd langs bakken met goudvissen: de gezondheidstoestand van de goudvissen dient als indicator voor de efficiëntie van de installatie.

2) In bemande ruimtecapsules moet het water voor 100% gerecycleerd worden, doch dit is een extreem geval, waarin de kostprijs helemaal geen rol speelt.

3) Enkele andere methoden waarmee men experimenteert, zoals bv. de osmose, worden hier niet vernoemd, omdat ze veel minder kans op uitkomst bieden.

[p. 581]

baar: het verdampen van water vraagt ontzaglijk veel warmte. Daarom gebruikt men weer een omweg: de energie die kwantitatief bijna geheel in de stoom overgaat, benut men om nieuw water te koken. In grote trekken gebeurt dit als volgt. Het zeewater wordt onder druk gekookt en aldus verkrijgt men stoom van b.v. 150°. Deze condenseert op dezelfde temperatuur en geeft zijn warmte volledig af aan vers zeewater. Wanneer dit laatste onder iets lagere druk gehouden wordt, kookt het op een iets lagere temperatuur: 130°, wat voor een snelle warmtewisseling nodig is. Als men dit zo enkele keren herhaalt, kan dezelfde hoeveelheid warmte meermalen, van zes tot twaalf maal, opnieuw gebruikt worden. Omdat deze methode honderd jaar geleden voor het eerst werd toegepast in Franse suikerfabrieken, wordt ze nog steeds in alle talen met haar Franse naam aangeduid: multiple effet. Zeer grote installaties werken met dit procédé, o.m. in Aruba en Koeweit. Die van Koeweit produceert 22 miljoen liter per dag. Waarom men er juist in die gebieden gebruik van maakt, is duidelijk: enerzijds heeft men er grote behoefte aan drinkwater, anderzijds beschikt men er over petroleum aan de bron, zodat de energie er praktisch niets kost en alleen de investeringskosten van belang zijn; de installatie werkt immers automatisch.

Varianten van deze methode zijn: de flash-destillatie en de thermocompressie. Hier speelt de druk een nog grotere rol en liggen de warmtewisselingen nog gunstiger.

In al deze methoden wordt petroleum als energiebron benut. Daar waterarme streken meestal aangetroffen worden in gebieden waar de zonne-energie het overvloedigst op de aarde neerkomt (Sahara, Florida), heeft men er ook wel eens aan gedacht, de zonnewarmte voor de verdamping aan te wenden, maar daarmee kan slechts 4 1 per dag en per m² gewonnen worden. Anders is het gesteld met de kernenergie. Langs deze weg zou de afvalenergie van zeer grote kerncentrales eveneens zeer grote hoeveelheden zeewater kunnen ontzouten en zoet water leveren tegen bijzonder lage prijzen. Daarmee worden nu vooral in Australië proeven genomen. Doch het economisch zwaartepunt wordt aldus verschoven naar dat van de kerncentrale zelf, waarvan de rentabiliteit nog niet te verwachten is vóór 1970.

Een ander procédé tracht zuiver water af te scheiden door ijsvorming. Dit past men toe in Israël. Op het eerste gezicht lijkt ook deze methode aantrekkelijk. De hoeveelheid warmte die moet omgewisseld worden, bedraagt slechts 1/7 van wat voor het destillatieproces vereist is en de werktemperaturen liggen uiteraard lager, zodat de warmteverliezen eveneens lager liggen. Doch de grote moeilijkheid ligt hier in de scheiding van de twee fasen: de vloeibare pekel en het vaste ijs. In de destillatiemethode bestaat dit probleem niet. Damp en water kunnen altijd heel gemakkelijk gescheiden worden. IJsvorming echter geschiedt in compacte massa's van zeer kleine kristalletjes, die dan ook veel pekel ingesloten houden. Een gedeelte van het water dat uit het gesmolten zuiver ijs gevormd wordt, moet ook opgeofferd worden om de massa's ijskristal te wassen, en dit betekent uiteindelijk verlies. Volkomen zoutvrij water kan langs deze weg slechts uiterst moeilijk gewonnen worden. Een heel groot bezwaar is dit echter ook weer niet, aangezien zoutarm water of water met een gering zoutgehalte in de meeste gevallen goed bruikbaar is; drinkwater heeft zelfs een kleine hoeveelheid zout nodig. De energie, nodig om de bevriezing tot stand te brengen, wordt dan evenals bij de destillatie, zo volledig mogelijk teruggewonnen.

[p. 582]

In een eigenaardige variante van deze methode wordt ijs gevormd in aanwezigheid van propaangas. Het propaan wordt opgesloten in de holten tussen de watermolekulen. De binding is stevig genoeg om het ijs-propaan-mengsel hoger te doen smelten, wat een voordeel is. Doch anderzijds is dan weer een hogere druk vereist. Daar propaan een bijprodukt is van de aardolieraffinage, is het niet te verwonderen dat dit procédé beproefd wordt in petroleumbedrijven.

Tot nog toe blijkt de destillatie met haar varianten, de flash-destillatie en de thermocompressie, de beste oplossing te zijn voor het ontzouten van zeewater. Daarop volgt dan de elektrodialyse, doch alleen voor brak water. De vriesmethoden komen, voorlopig althans, nog achterop, al is het niet uitgesloten dat vooral de propaanvariante uiteindelijk de beste zal blijken.

De destillatiemethode levert des te goedkoper water naarmate de installatie groter is en de energie goedkoper. Nu reeds kan een grote destilleereenheid zoet water leveren tegen 1 BF per hectoliter. Als het nodig wordt, kan zij dus in competitie treden met de gebruikelijke drinkwatervoorziening. Binnen afzienbare tijd hoopt men zelfs de prijs nog met de helft te kunnen verlagen. Wel moet men er dan rekening mee houden dat deze technische vooruitgang ook zal moeten dienen voor de irrigatie van dorre gebieden en dat er dus ook transport-problemen worden gesteld. Er bestaat goede hoop dat de zee weldra het land vruchtbaar zal maken. En deze hoop neemt voortdurend toe. Alle mogelijkheden zijn nog niet uitgeput, alle systemen nog niet uitgetest. Vooral de koppeling aan elektrische centrales met kernenergie of zelfs met conventionele brandstoffen zou hier uiteindelijk de goedkoopste oplossing kunnen bieden.

Het probleem is ten slotte niet zo klemmend. De moderne techniek is in staat het op te lossen. De hele vraag is er een van economie.