تهیه آب شیرین از آب دریا

بخش عمده‌ای از سطح سیاره زمین را آب فرا گرفته است. با این همه، نزدیک به 97 درصد این آب‌ها شور و غیر قابل نوشیدن هستند و از 3 درصد باقی مانده نیز بخشی به صورت یخ زده و غیر قابل مصرف در قطب‌ها و بر فراز قله‌ی کوه‌ها وجود دارد. به همین دلیل است که نزدیک به یک پنجم جمعیت جهان از کمبود یا نبود آب آشامیدنی مطلوب رنج می‌برند و پیش‌بینی می‌شود در دهه‌های آینده بخش بیش‌تری از جمعیت جهان دچار کم آبی و پیامدهای منفی ناشی از آن شوند.
یکی از گزینه‌های مطرح برای مقابله با بحران کم آبی، شیرین کردن آب دریاها و نمک زدایی از آن‌هاست که البته راه حلی گران و پرهزینه است و به مقدار قابل توجهی انرژی نیاز دارد در نتیجه، با توجه به تلاش کشورها برای کاستن از مصرف انرژی و بحث گرمایش زمین، ادامه دادن به طرح‌های شیرین سازی آب دریاها با استفاده از روش‌های سنتی و رایج، توجیه چندانی ندارد.
با این وجود، ابتکار جدید دو مهندس کانادایی در زمینه‌ی شیرین کردن آب دریا که از نظر مصرف انرژی، بسیار مقرون به صرفه و از نظر هزینه‌ها نیز کاملا اقتصادی و ارزان است، بارقه‌ای از امید را در دل طرفداران ایده‌ی استفاده از آب شیرین شده دریاها در دهه‌های آینده به وجود آورده است.
«بن آسپارو» و «جاشوا زوشی»، از پژوهشگران دانشگاه سیمون فراسو در ونگوو، ایده‌ی جدیدی را برای شیرین کردن آب دریاها مطرح کردهاند که براساس آن، به جای انرژی الکتریکی، از گرمای خورشید برای جدا کردن نمک از آب دریا و در نهایت شیرین کردن آب شور استفاده می‌شود.
آسپارو و زوشی که شرکتی به نام «سالت ورک تکنولوژی» را تاسیس کرده‌اند. در نخستین گام به منظور آزمایش این روش جدید، بخشی از ساحل دریا در ونکوور را به پروژه خود اختصاص دادند و آن را به سه بخش جداگانه تقسیم کردند و در هر کدام از آن‌ها، از روش خاصی برای شیرین کردن آب شور دریاها بهره بردند.

در روش اول، آن‌ها اقدام به گرما دادن به آب دریا و بخارکردن بخشی از آن کردند و پس از آن، بخار تولید شده را تحت فشار قرار دادند (که البته در این بخش، به مقدار زیادی انرژی برق نیاز است.)

در روش دوم، فرایند اسمزی به صورت معکوس اجرا می‌شود؛ به این ترتیب که با استفاده از پمپ‌های فشار قوی، آب شور به سمت یک پرده مخصوص که دارای سوراخ‌های بسیار ریزی است، پاشیده می‌شود و در نتیجه نمک موجود در آب دریا از آب شیرین جدا می‌شود.
این روش نیز نیازمند مصرف مقادیر قابل توجهی انرژی برق است. به عنوان مثال، برای شیرین کردن هزار لیتر آب دریا و تبدیل آن به آب قابل آشامیدن، 7/3 کیلووات ساعت برق مورد نیاز است.

در روش سوم، که روش ابتکاری و جدید آسپارو و زوشی محسوب می‌شود، مقدار بیش‌تری آب شیرین با استفاده از مقدار کم‌تری انرژی تولید می‌شود. در این روش، ابتدا آب دریا به درون یک استخر کم‌عمق و با کف سیاه رنگ ریخته می‌شود. سیاه بودن کف استخر موجب می‌شود تا حجم بیش‌تری گرما از خورشید جذب و به آب موجود در استخر منتقل شود؛ و میزان غلظت نمک موجود در آب دریا از 5/3 درصد اولیه (حالت طبیعی) به بیش از 20 درصد افزایش می‌یابد، بدون اینکه هیچگونه برق یا هر انرژی دیگری غیر از انرژی رایگان خورشیدی برای تبخیر آب شور استفاده شود. در مرحله بعد، این آب به سمت محوطه ویژه‌ای که حاوی آب تصفیه نشده دریا است. هدایت و از آنجا  به سمت واحد نمکزدایی منتقل می‌شود.
آنچه که آسپارو و زوشی طراحی کرده‌اند، یک نوع مدار الکتریکی طبیعی است که در آن، به جای اینکه جریان الکتریکی به وسیله الکترون‌ها حمل شود، از اتم‌های بارداری به نام یون برای جابه‌جایی جریان الکتریکی استفاده شده است که در نتیجه فعل و انفعالات شیمیایی بین آب‌هایی با درجه غلظت متفاوت نمک به وجود آمده‌اند.
در توضیح این پدیده، می‌توان گفت که نمک از دو یون تشکیل شده است: یکی یون دارای بار مثبت به نام «سدیم» و دیگری یون دارای بار منفی یعنی «کلرید».
این دو یون، در دو جهت مخالف هم در مدار حرکت می‌کنند؛ و در زمان مخلوط شدن چهار جریان آب وارد شده از چهار استخر مختلف (که دارای درجات متفاوتی از غلظت نمک هستند)، به اوج فعالیت و فعل و انفعال شیمیایی خود می‌رسند.
این چهار جریان در محلی به نام «پل‌های یونی» که از جنس پلی آستیون است، با هم تلاقی میکنند. پلی آستیون دارای خاصیت جداسازی یونهای مثبت و منفی است؛ به این صورت که فقط یکی از دو یون سدیم یا کلرید می‌تواند از آن عبور کند در این زمان، یک واکنش کاملا طبیعی دیگر نیز بین جریان‌های مختلف آب ورودی به این محوطه روی می‌دهد و آن، انتقال نمک از آب‌های پرنمک‌تر به سمت آب‌های کم‌نمک ‌تر است.
این واکنش طبیعی، به واسطه تفکیک شدن یون‌های سدیم و کلرید در منطقه پل های یونی تقویت شده و در نهایت، آب شیرین و بدون نمکی در بخشی از مدار به دست میآید که می‌توان آن را به سمت بخش بسته بندی یا لوله‌های مخصوص انتقال یا تصفیه آب (بخش میکروب زدایی) هدایت کرد.
 به عبارت روشن ‌تر، آسپارو و زوشی توانسته اند با کمک گرفتن (و به عبارت بهتر الهام گرفتن) از طبیعت، سیستمی را طراحی کنند که در آن، پس از افزودن بر غلظت نمک موجود در بخشی از آب شور ورودی سیستم، آن را در مجاورت آب‌های شوری با غلظت پایین‌تر قرار می‌دهند و از خاصیت انتقال طبیعی نمک از آب‌های شورتر به سمت آب‌های کم‌نمک‌تر، به بهترین نحو بهره می‌گیرند و این کار را با صرف کم‌ترین انرژی الکتریکی انجام می‌دهند.
نکته جالب‌تر اینکه آسپارو و زوشی طرح جامعی را در دست بررسی دارند که براساس آن، می‌توان این سیستم تصفیه آب شور را در دو مقیاس صنعتی و خانگی مورد استفاده قرار داد.
آنچه که در بالا ذکر شد، وصف سیستم صنعتی تصفیه طبیعی آب شور بود. در سیستم خانگی تمامی مراحل کار در یک دستگاه به اندازه یک یخچال متوسط انجام می‌شود و تنها بخشی از کار که نیازمند مصرف انرژی است، همان پمپاژ آب به درون سیستم است؛ چرا که بقیه  کارها را خود طبیعت یعنی آب دریا و خورشید انجام می‌دهند.