Jedna czwarta ludzkości żyje w warunkach ekstremalnego niedoboru wodnego, zaś prognozy wskazują, że do 2050 roku problem dotknie nawet 2,4 mld mieszkańców aglomeracji miejskich. W odpowiedzi na globalne wyzwanie pojawiają się technologie, które rewolucjonizują zarządzanie wodą.

Według raportu World Resources Institute (WRI) jedna czwarta światowej populacji w 25 krajach boryka się obecnie z ekstremalnie wysokim niedoborem wodnym, co oznacza, że regularnie zużywa ponad 80% dostępnych odnawialnych zasobów wody.

Epicentra kryzysu stanowią Bliski Wschód i Afryka Północna, gdzie 83% populacji jest dotknięte deficytem wodnym. Pięć najbardziej dotkniętych państw stanowią: Bahrajn, Cypr, Kuwejt, Liban i Oman. Azja Południowa jest drugim najbardziej dotkniętym regionem, gdzie 74% ludności żyje w podobnie trudnych warunkach.

Jak podkreśla Organizacja Narodów Zjednoczonych, globalne zużycie wody słodkiej wzrosło sześciokrotnie w ciągu ostatniego stulecia, rosnąc w tempie blisko 1% rocznie. ONZ przewiduje, że populacja miejska cierpiąca na niedobór wody prawdopodobnie podwoi się z 933 mln w 2016 roku do 1,7-2,4 mld ludzi do 2050 roku.

Liczne analizy jasno mówią: bez powszechnego wdrożenia wydajnych technologii wodnych ogniska niedoboru będą się rozszerzać, pogłębiając niestabilność oraz kryzysy humanitarne.

Miliardy strat w cieniu konfliktów o wodę

Brak zabezpieczenia zasobów wody słodkiej niesie za sobą wysoką cenę, mierzoną nie tylko w kategoriach ekonomicznych, ale także w postaci strat rozwojowych. Według raportu Banku Światowego (World Bank), niedobór wody, pogłębiany przez zmiany klimatyczne, może do 2050 roku kosztować niektóre regiony nawet 6% PKB, napędzając migrację i konflikty. Skutki ekonomiczne rozprzestrzeniają się na wszystkie sektory. Światowa Organizacja Meteorologiczna (WMO)  szacuje, że 74% wszystkich klęsk żywiołowych w latach 2001-2018 było związanych z wodą, co przyniosło straty gospodarcze w wysokości blisko 700 mld dolarów.

Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) prognozuje całkowity koszt odsolonej wody na kwotę w przedziale 0,5-1,5 dolara za m3, w zależności od lokalnych kosztów energii, skali zakładu i finansowania. Chociaż stanowi to wymierny wydatek, jest to przemyślana inwestycja w porównaniu ze znacznie większymi i zmiennymi kosztami zakłóceń gospodarczych, które wynikają bezpośrednio z niedoboru wody.

Na czele działań mających na celu sprostanie temu wyzwaniu stoją trzy technologie: odsalanie, filtracja oparta na grafenie oraz inteligentne sieci wodociągowe.

Słodka woda ze słonego morza

Odsalanie, czyli proces usuwania soli z wody morskiej, od dawna stanowiło energochłonne rozwiązanie problemu niedoboru wody. Przez wiele lat główną przeszkodą była moc wymagana do zasilania tradycyjnych metod odsalania. Jednak ostatnie wdrożenia technologiczne systematycznie demontują tę barierę energetyczną, czyniąc odsalanie bardziej opłacalną opcją.

Przełomem okazał się postęp w technologii odwróconej osmozy, zwłaszcza w dziedzinie urządzeń do odzysku energii (Energy Recovery Device - ERD). Nowoczesne zakłady odwróconej osmozy są wyposażone w wysokowydajne urządzenia ERD, które mogą odzyskać energię ze strumienia solanki pod wysokim ciśnieniem, aby przekazać ją z powrotem do wody zasilającej.

Integracja odnawialnych źródeł energii dodatkowo zmienia oblicze odsalania. Obiekty nie tylko zmniejszają ślad węglowy odsalania, ale także oferują zdecentralizowane i odporne zaopatrzenie w wodę.

Grafenowe sito. Materiał na straży czystej wody

Na czele zaawansowanej filtracji znajduje się grafen, który posiada niezwykłe właściwości, czyniące go idealnym do oczyszczania wody. Membrany na bazie grafenu są wyjątkowo cienkie, niewiarygodnie wytrzymałe i wysoce przepuszczalne dla wody, a jednocześnie nieprzepuszczalne dla większych cząsteczek soli i zanieczyszczeń. Pozwala to na skuteczne usuwanie nie tylko soli, ale także szerokiej gamy zanieczyszczeń, w tym metali ciężkich, związków organicznych, bakterii i wirusów.

Jednym z najbardziej obiecujących aspektów filtracji grafenowej jest jej potencjał do pracy przy niskim zużyciu energii. Wysoka przepuszczalność membran grafenowych oznacza, że woda może być przez nie przepychana przy niższych ciśnieniach, co znacznie zmniejsza energię potrzebną do filtracji.

Co więcej, rozwój regenerowalnych filtrów na bazie grafenu, które można czyścić i wielokrotnie używać, oferuje bardziej zrównoważoną i opłacalną alternatywę dla tradycyjnych filtrów wymagających częstej wymiany.

Koniec z marnotrawstwem dzięki AI

Wyzwania związane z zarządzaniem wodą wykraczają poza zaopatrzenie i oczyszczanie, obejmując infrastrukturę sieci dystrybucji wody. Woda bez przychodu (Non-Revenue Water - NRW), czyli woda tracona jest znaczącym problemem na całym świecie. Inteligentne sieci wodociągowe oferują rozwiązanie problemu, wprowadzając zasady Internetu Rzeczy i sztucznej inteligencji do zarządzania wodą.

Inteligentna sieć wodociągowa stanowi sieć połączonych ze sobą czujników, liczników i urządzeń sterujących, które dostarczają dane w czasie rzeczywistym na temat przepływu, ciśnienia i jakości wody w systemie dystrybucji. Dane są następnie analizowane przez oprogramowanie oparte na sztucznej inteligencji w celu wykrywania wycieków, przewidywania awarii czy też optymalizacji dystrybucji wody.

Przykładów zastosowania nie trzeba szukać daleko, gdyż w Krośnie z powodzeniem wykorzystywana jest inteligentna sieć wodociągowa: „System i oprogramowania, które w ostatnim czasie wdrożyliśmy, pozwoliły nam na skuteczne wykrywanie awarii i zdecydowanie lepsze zarządzanie siecią” – mówi Janusz Fic, prezes Krośnieńskiego Holdingu Komunalnego. „To, co zastosowaliśmy w kwestii zarządzania systemem wodociągowym, jest prawdziwą rewolucją i z całą pewnością przyniesie w przyszłości duże korzyści w ograniczaniu strat w sieci wodociągowej” – dodaje Fic.

Polska na krawędzi niedoboru wodnego

Choć Polska w świadomości uchodzi za kraj zasobny w wodę, dane malują zgoła odmienny obraz, stawiając ją w gronie państw zagrożonych deficytem. Według Głównego Urzędu Statystycznego, roczne odnawialne zasoby wody słodkiej w przeliczeniu na jednego mieszkańca wynoszą w Polsce zaledwie około 1600 m3, co stanowi jeden z najniższych wskaźników w Europie, gdzie średnia wynosi blisko 4500 m3 na osobę.

Problem pogłębiają zmiany klimatyczne, które powodują gwałtowne deszcze zamiast długotrwałych opadów, co w połączeniu z niską zdolnością retencyjną kraju prowadzi do coraz częstszych susz.

Jak alarmuje Najwyższa Izba Kontroli, straty wody w przestarzałych sieciach wodociągowych w niektórych gminach sięgają nawet 50%. Wyniki kontroli gmin przeprowadzonej przez NIK są zatrważające: żadna ze skontrolowanych gmin nie była przygotowana na zaopatrywanie mieszkańców w wodę w przypadku wystąpienia sytuacji kryzysowych.

Nieprzygotowanie gmin nie znajduje wymówki. Jak trafnie zauważa w tym kontekście Światowe Forum Ekonomiczne (WEF) z McKinsey & Company w opublikowanym w marcu wspólnym raporcie „Water Futures: Mobilizing Multi-Stakeholder Action for Resilience”: „Kluczowa rola wody w produkcji energii i transformacji energetycznej oznacza, że woda jest nie tylko kwestią sektora prywatnego, ale także sprawą bezpieczeństwa narodowego”.

Czy zdążymy, zanim wyschną krany?

Połączenie odmiennych technologii – energooszczędnego odsalania, filtracji opartej na grafenie i inteligentnych sieci wodociągowych – oferuje obiecującą wizję przyszłości z zabezpieczonymi zasobami wody. Jednak droga do powszechnego wdrożenia nie jest pozbawiona trudności. Wysoki koszt początkowy wdrożenia technologii może być barierą dla wielu społeczności, zwłaszcza w krajach rozwijających się. Mimo licznych wyzwań, dynamika zmian jest niezaprzeczalna. Przyszłość wody nie polega na znalezienia jednego rozwiązania, ale raczej na skomponowaniu zróżnicowanego wachlarza rozwiązań technologicznych, które przyczynią się do odpornej infrastruktury wodnej.

_{Fot: Depositphotos}