October 6, 2022

Market Analytics

De zakelijke fanaten

Zuid-Afrikaanse ingenieurs proberen de wereldwijde watercrisis op te lossen

Smartphones nu overtreffen mensen met toegang tot schoon h2o in hun huis. Dit weird feit laat zien dat de menselijke kwaliteit van leven niet langer wordt beperkt doorway onze technologische mogelijkheden, maar eerder doorway onze toegang tot en efficiënt gebruik van eindige en uitputtende hulpbronnen.

Satisfied andere woorden, het soort innovaties dat we vaak als hightech beschouwen, is niet langer geschikt om veel van onze wereldwijde crises op te lossen. In plaats daarvan hebben we oplossingen nodig die kosteneffectief zijn, zuinig satisfied middelen omspringen en eenvoudig genoeg zijn om te worden geïmplementeerd in de arme regio’s waar deze crises het sterkst worden gevoeld. In het geval van de wereldwijde watercrisis moet dit dringend gebeuren.

Inwoners van Nelson Mandela Bay zijn zich hier terdege van bewust, zoals sommige gebieden beleven “waterafvoer” vanwege lage damniveaus en de dreigende dreiging van “Day Zero” wanneer kranen in de hele gemeente drooglopen. De Capetoniërs hebben dit situation een paar jaar geleden ternauwernood afgewend en door het hele land zijn er plekken waar vrachtwagens vers h2o moeten leveren.

Voorspellingen door de Verenigde Naties en de Wereldbank schetsen een somber beeld waarin waterschaarste dit decennium bijna een miljard mensen zal verdrijven, resulterend in een golf van vluchtelingencrises en -conflicten, en het volgende decennium zal nog erger worden.

Onderzoek is nodig waar het ertoe doet

De eerste vragen die aan de orde komen zijn dan: waar gebruiken we drinking water voor en waar komt het eigenlijk terecht? Wereldwijd en in de meeste landen is de uitsplitsing van waterverbruik for each sector is als volgt: 70% voor landbouw, 20% voor industrie en 10% voor huishoudelijk gebruik. Kortom, we gebruiken het overgrote deel van ons water voor de landbouw. Van dat h2o komt maar een heel klein deel (zelden zelfs maar 5%) in de eigenlijke planten terecht de rest verdampt, op de een of andere manier.

Dit schetst een eenvoudig beeld van de oorzaak van watertekorten: verdamping in de landbouw is goed voor twee keer zoveel water als alle andere vormen van gebruik bij elkaar. Ik heb persoonlijk verschillende wetenschappelijke conferenties bijgewoond over watertechnologie en landbouw wordt zelden genoemd. Met name verdamping komt nauwelijks naar voren.

De verdeling van onderzoeksinspanningen is om twee redenen volledig onevenredig aan de verdeling van het waterverbruik.

Ten eerste hebben gebruikers van industrieel water veel grotere winstmarges dan boeren en kunnen daardoor aanzienlijk meer onderzoek financieren. Er is aanzienlijk meer wetgeving fulfilled betrekking tot verontreiniging van industrieel drinking water die hen dwingt om dat geld te gebruiken.

Ten tweede heeft Europa geen watercrisis, en het grootste deel van Noord-Amerika ook niet. Deze twee plaatsen zijn ‘s werelds belangrijkste wetenschappelijke centra en daarom weerspiegelen de wetenschappelijke uitgaven en inspanningen hun behoeften in plaats van die van armere regio’s.

Misschien nog erger, de prikkels in de wetenschap zijn allemaal gestructureerd om het werken aan dezelfde dingen waar andere mensen aan werken te belonen, wat, in combinatie satisfied de eerbied die ontwikkelingslanden hebben voor ontwikkelde landen, betekent dat zelfs de armste landen ter wereld onze middelen besteden aan om de problemen van Europa op te lossen in plaats van de onze.

Desalniettemin is de taak om de verdamping van de landbouw tot een minimum te beperken en daarmee de watercrisis aan te pakken in een stroomversnelling geraakt. Een consortium van Zuid-Afrikaanse onderzoekers (waarvan ik er een ben) van Wits University, UCT en UNISA is begonnen het probleem te onderzoeken doorway dezelfde technieken te gebruiken voor het ontwerp en de optimalisatie van chemische technologiereactoren die al decennia lang worden gebruikt om chemische processen meedogenloos te verfijnen. en deze toe te passen in de landbouw, met identify in kassen.

C02 en planten

De resultaten waren opzienbarend. Het is gebleken dat er een cruciale beperking is voor het verminderen van het waterverbruik, wat de vereiste is voor CO2. Omdat planten zichzelf letterlijk uit CO . bouwen2, is er een minimale luchtstroom die nodig is om aan die vraag te voldoen. Omdat planten omstandigheden nodig hebben die heat en enigszins vochtig zijn, hebben de interne kasomstandigheden de neiging om een ​​aanzienlijk hoger watergehalte in de lucht satisfied zich mee te brengen dan de omringende lucht, omdat het waterdragend vermogen van lucht exponentieel toeneemt satisfied de temperatuur.

Omdat de luchtstroom onder omgevingscondities de kas moet binnenkomen en vervolgens onder interne kascondities moet uitgaan, moet dit verschil in watergehalte worden opgevangen door verdamping in de kas. En omdat lucht zo’n verdunde bron van CO . is2 (~410 delen for every miljoen op dit second) de luchtstromen die nodig zijn om voldoende CO . te leveren2 zijn opmerkelijk hoog en daardoor worden enorme hoeveelheden lucht bevochtigd tijdens hun passage door een kas. Dit fenomeen geldt ook voor landbouw in de open up lucht, maar is nog erger omdat luchtstromen en diffusie veel minder gecontroleerd worden.

Deze omgekeerde relatie tussen CO2 concentratie en waterbehoefte betekent dat het vinden van een rijkere bron van CO2 heeft het potentieel om dit probleem op te lossen doorway die fundamentele minimale waterbehoefte te verlagen, waardoor de waterbehoefte van de landbouw mogelijk drastisch wordt verlaagd. Zuivere CO2 geproduceerd achieved de gebruikelijke methode, cryogene destillatie van lucht, is more than het algemeen te duur om deze methode economisch toe te passen. De economie van de productie is gekoppeld aan de vraag naar de andere bestanddelen van lucht, zuurstof, stikstof en argon. CO . opvoeren2 through die methoden is daarom op zijn very best een beperkt vooruitzicht.

C0 . optimaliseren2 gebruiken

Gelukkig is het niet nodig om pure CO . te leveren2 naar planten ze hebben gewoon een bron nodig die rijker is dan de atmosfeer.

In de afgelopen jaren zijn er verschillende levensvatbare bronnen voor een dergelijke grondstof ontstaan. Een daarvan is rookgas uit industriële processen, een aanpak waarbij twee vliegen in één klap worden geslagen doorway broeikasgassen naar beneden te halen en om te zetten in biomassa.

Wanneer de overheersende brandstof steenkool was, zou dit niet haalbaar zijn geweest rookgas uit steenkool bevat verontreinigingen zoals zwaveldioxide, kwik en radionucliden die het ongeschikt maken om in de buurt van onze voedselbronnen te komen. Maar aardgas is steeds gebruikelijker geworden als onderdeel van een streven om de effect op het milieu te verminderen. Het is een veel schoner brandende brandstof satisfied rookgas geschikt voor kas CO2 verrijking (na afkoeling).

Een andere opkomende optie is het gebruik van membraangasscheiding om CO . te extraheren2 uit de atmosfeer. Membranen die zeer selectief zijn voor CO2 zijn recentelijk ontwikkeld, voornamelijk gericht op het doel van CO2 afvang maar heel geschikt om een ​​luchtstroom gedeeltelijk te verrijken om een ​​kas te voeden.

Misschien wel de meest veelbelovende benadering, vooral in de Zuid-Afrikaanse context, is echte gesloten landbouw. In dit concept wordt al het afval dat vrijkomt bij de voedselproductie en -consumptie op de een of andere manier omgezet in bruikbare goederen en teruggestuurd naar de kas.

De eenvoudigste en meest aansprekende vorm hiervan is die van een biovergister die afvalwater (het afgedankte product van alle voedselgewassen) samen achieved landbouw- en keukenafval verwerkt tot biogas als energiebron, satisfied de resulterende CO2-rijk rookgas terug in de kas en het digestaat uit de vergister als meststof.

Door de meeste opbrengsten van de landbouw terug te geven aan de teeltomgeving, minimaliseert deze aanpak de benodigde input, bespaart u op kunstmest, water en energie en verhoogt u de opbrengst.

Er blijven helaas enkele barrières. De meeste gebieden achieved waterschaarste hebben ook warme klimaten, waardoor koeling een belangrijk probleem is voor de kasactiviteiten. Omdat ventilatie de meest voorkomende manier van koelen is, vermindert de luchtstroom doorway CO2 verrijking wordt onpraktisch, omdat ventilatie een hoge luchtstroom vereist en verdamping het belangrijkste mechanisme is voor het afvoeren van warmte. Dit betekent CO2 verrijkte landbouw kan het gemakkelijkst worden geïmplementeerd in koude klimaten, een situatie die de wereldwijde onevenwichtigheid in voedselbeschikbaarheid dreigt te verdiepen door koude Europese klimaten contra-intuïtief superieur te maken voor landbouw.

Deze craze blijkt nu al uit het feit dat Nederland, een klein landje satisfied nauwelijks zonlicht, nu ‘s werelds tweede grootste exporteur van versproducten is, na alleen de VS.

De enige oplossing is blijkbaar het probleem van de koeling van de kas in warme klimaten achieved beperkte middelen op te lossen. Het probleem satisfied die oplossing is dat bijna niemand eraan werkt.

Tot slot, hoewel technische oplossingen een essentieel onderdeel zijn van het oplossen van watertekorten, zoals te zien is in gebieden waar Zuid-Afrikanen geen drinking water meer hebben, vormen 10 slotte falend bestuur – slechte organizing en corruptie – het belangrijkste probleem. We hebben goede wetenschap en techniek nodig om onze watertekorten aan te pakken. Maar meer nog, we hebben betere politiek nodig – er is geen goede reden waarom drinking water schaarser is dan smartphones.

Neil Thomas Stacey doceert afvalwaterbeheer aan Wits University.

© 2022 GroundUp. Dit artikel is voor het eerst gepubliceerd hier.