วิกฤติน้ำจืดขาดแคลน ปลุกนวัตกรรมทำน้ำจืดใต้ทะเลลึก

สุนิสา กาญจนกุล รายงาน

น้ำจืดคือสิ่งจำเป็นสำหรับมนุษย์และสิ่งมีชีวิตทุกชนิด แต่เชื่อหรือไม่ว่าบนโลกใบนี้ที่พื้นผิวปกคลุมด้วยน้ำถึง 70 % การขาดแคลนน้ำจืดกลับเป็นหนึ่งในวิกฤตการณ์ที่ร้ายแรงที่สุดที่มนุษยชาติกำลังเผชิญอยู่ในปัจจุบัน

ในช่วงไม่กี่ทศวรรษที่ผ่านมา การขาดแคลนน้ำจืดอย่างรุนแรงและต่อเนื่องเริ่มปรากฏให้เห็น ปัญหาการเข้าถึงน้ำสะอาดเพื่อการอุปโภคบริโภคส่งผลกระทบต่อความมั่นคงด้านอาหาร สุขภาพ เศรษฐกิจ สิ่งแวดล้อม และความมั่นคงของประเทศต่าง ๆ ทั่วโลก

แม้ว่าโลกจะมีน้ำอยู่มากมาย แต่น้ำจืดที่มนุษย์สามารถใช้ประโยชน์ได้จริงนั้นมีอยู่เพียง 3 % ของปริมาณน้ำทั้งหมดบนโลก และน้ำจืด 2ใน 3 ของทั้งหมดยังถูกกักเก็บไว้ในรูปของน้ำแข็งหรืออยู่ในสถานที่ซึ่งไม่อาจเข้าถึง น้ำจืดที่นำมาใช้ได้จริงจึงมีเพียงส่วนน้อย

การขยายตัวของเมือง การใช้น้ำในภาคอุตสาหกรรมที่เพิ่มขึ้น สภาพอากาศที่แห้งแล้งและร้อนกว่าเก่าเพราะการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ รวมถึงมลพิษในแม่น้ำและน้ำใต้ดิน ทำให้น้ำจืดหายากกว่าเดิม จนสหประชาชาติประเมินว่าในอีก 5 ปีข้างหน้า ความต้องการน้ำจืดของโลกอาจสูงเกินกว่าปริมาณน้ำที่มีอยู่

บริษัทหลายแห่งจึงหันไปพัฒนาทางออกที่เกินคาด นั่นคือ การผลิตน้ำจืดจากใต้ทะเลลึกด้วยวิธีการแยกเกลือออกจากน้ำทะเล ซึ่งหากเทคโนโลยีนี้ใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพก็จะช่วยบรรเทาปัญหาการเข้าถึงแหล่งน้ำของโลกได้อย่างมาก

มูลค่าของนวัตกรรมการเปลี่ยนน้ำทะเลให้เป็นน้ำจืดจึงเติบโตขึ้นเรื่อยๆ จนคาดว่าจะมีมูลค่าตลาดสูงถึง 3.34 หมื่นล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2030

วิกฤติน้ำจืดคือภัยเงียบ

น้ำคือปัจจัยสำคัญในการขับเคลื่อนเศรษฐกิจของโลกใบนี้ แต่ทรัพยากรน้ำจืดกำลังตกอยู่ในสภาวะวิกฤติอย่างรุนแรง รายงานของสหประชาชาติระบุว่าภายในปี 2050 ประชากรสามในสี่ของโลกอาจเผชิญกับผลกระทบจากภัยแล้ง โดยมูลค่าความเสียหายจากภัยแล้งในปัจจุบันสูงกว่า 3 แสนล้านเหรียญสหรัฐฯ ต่อปี

โดยปัจจุบัน ประชากรโลกประมาณครึ่งหนึ่ง หรือราว 4 พันล้านคน กำลังเผชิญกับการขาดแคลนน้ำอย่างรุนแรงอย่างน้อยหนึ่งเดือนในแต่ละปี และมีประชากรอย่างน้อย 2 พันล้านคนทั่วโลก ที่ต้องใช้แหล่งน้ำดื่มที่ปนเปื้อน ทำให้เสี่ยงต่อโรคร้ายแรง

ขณะที่คณะกรรมการโลกว่าด้วยเศรษฐศาสตร์น้ำ (Global Commissions on the Economics of Water) ระบุว่า ภายในปี 2030 อุปทานน้ำจืดอาจขาดแคลนถึง 40 %

ข้อมูลและตัวเลขเหล่านี้ยืนยันได้เป็นอย่างดีว่า วิกฤตการณ์น้ำจืดเป็นปัญหาที่ส่งผลกระทบโดยตรงต่อชีวิตและความเป็นอยู่ของผู้คน การดิ้นรนเพื่อหาแนวทางใหม่เพื่อแก้ปัญหาการขาดแคลนน้ำจืดในอนาคตจึงเป็นเรื่องเร่งด่วน เทคโนโลยีการแยกเกลือจากน้ำเค็ม (Desalination) จึงเป็นอีกหนึ่งความหวังที่อาจช่วยแก้ไขวิกฤตน้ำโลกได้

ประวัติศาสตร์ยาวนาน

เทคโนโลยีการแยกเกลือจากน้ำเค็มกำลังเติบโตอย่างรวดเร็วและต่อเนื่อง โดยมีมูลค่าตลาดราว 2.56 หมื่นล้านเหรียญสหรัฐฯ ในปี 2024 และคาดว่าจะเติบโตเป็น 4.98 หมื่นล้านเหรียญสหรัฐฯ ภายในปี 2032 ด้วยอัตราการเติบโตเฉลี่ยต่อปี 8.68 % เนื่องจากภาวะขาดแคลนน้ำที่เพิ่มขึ้นทั่วโลก การเติบโตของประชากร และการขยายตัวของเมือง

ถึงแม้เทคโนโลยีการแยกเกลือจะฟังดูเหมือนสิ่งแปลกใหม่ แต่ที่จริงแล้วมีประวัติศาสตร์ยาวนานกว่าที่คิด สามารถสืบสาวเรื่องราวย้อนหลังไปได้ถึง 1400 ปีก่อนคริสตกาล โดยผู้อยู่อาศัยตามชายฝั่งทะเลใช้วิธีกลั่นน้ำเค็มเพื่อได้น้ำจืด และ 200 ปีหลังคริสตกาล ก็เริ่มมีโรงกลั่นแบบง่ายๆ ปรากฏขึ้นเพื่อจัดหาน้ำจืดให้กับเรือที่เดินทางข้ามมหาสมุทร

จากนั้น เทคโนโลยีแยกเกลือจากน้ำเค็มก็ผ่านการปรับปรุงและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง โดยมีความจำเป็นของการเดินทางไกลในทะเลเป็นแรงกระตุ้น เนื่องจากการเก็บน้ำจืดในปริมาณมากไม่สามารถทำได้ การกลั่นน้ำทะเลจึงกลายเป็นทางออกสำคัญสำหรับนักเดินเรือยุคนั้น

จนถึงปี 1675 ในอังกฤษ วิลเลียม วอลค็อต (William Walcot) ก็ได้รับสิทธิบัตรแรกเกี่ยวกับการแยกเกลือจากน้ำเค็ม ช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เทคโนโลยีการแยกเกลือเริ่มได้รับความสนใจจากชุมชนวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมมากขึ้น เครื่องจักรที่ได้รับพัฒนาและความเข้าใจในกระบวนการทางเคมีและฟิสิกส์จึงทำให้การแยกเกลือมีประสิทธิภาพสูงขึ้น

จุดเปลี่ยนครั้งใหญ่

แม้จะมีการคิดค้นพัฒนาเทคนิคการกลั่นน้ำจืดหลายรูปแบบซึ่งมีประสิทธิภาพกว่าเดิม ลดการใช้พลังงานและลดต้นทุนการผลิตได้เป็นอย่างดี แต่ย่างก้าวสำคัญของเทคโนโลยีการแยกเกลือจากน้ำเค็มเกิดขึ้นในช่วงทศวรรษ 1950 นั่นคือการถือกำเนิดเทคโนโลยีการกรองแบบรีเวิร์สออสโมซิสหรืออาร์โอ (Reverse Osmosis – RO)

ในปี 1965 มีการทดสอบเยื่อกรองแบบอาร์โอครั้งแรกที่เมืองโคลลิงกา รัฐแคลิฟอร์เนีย และมีการสร้างโรงกรองน้ำแบบอาร์โอเชิงพาณิชย์ขึ้นที่เมืองนี้เป็นแห่งแรกของโลก

หลังจากความสำเร็จในแคลิฟอร์เนีย เทคโนโลยีอาร์โอจึงเริ่มแพร่กระจายไปทั่วโลก โดยเฉพาะในภูมิภาคที่มีปัญหาการขาดแคลนน้ำ เช่น ตะวันออกกลาง ออสเตรเลีย และหมู่เกาะต่างๆ จนในปัจจุบัน มีโรงงานแยกเกลือจากน้ำเค็มมากกว่า 20,000 แห่งทั่วโลก ผลิตน้ำจืดได้มากกว่า 100 ล้านลูกบาศก์เมตรต่อวัน ซึ่งสามารถจัดหาน้ำดื่มให้กับประชากรกว่า 300 ล้านคนทั่วโลก

ย้ายจากบนบกสู่ใต้ทะเลลึก

โรงงานแยกเกลือจากน้ำเค็มมักจะตั้งอยู่บริเวณชายฝั่งทะเล ทำการสูบน้ำทะเลเข้ามาผ่านกระบวนการกรองเพื่อแยกเกลือและแร่ธาตุออก
แม้จะมีข้อดีในแง่ของความแพร่หลาย มีการใช้งานและพัฒนามาอย่างยาวนานจนมีความน่าเชื่อถือสูง เข้าถึงและบำรุงรักษาง่าย และสามารถสร้างโรงงานขนาดใหญ่เพื่อรองรับความต้องการใช้น้ำปริมาณมหาศาลของเมืองหรือเขตอุตสาหกรรมได้
แต่โรงงานบนบกก็มีข้อเสียในเรื่องของการใช้พลังงานสูง เพราะการสร้างแรงดันสูงเพื่อดันน้ำผ่านเยื่อกรองต้องใช้พลังงานไฟฟ้าปริมาณมาก ซึ่งเป็นต้นทุนหลักในการดำเนินงาน

อีกทั้งยังผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมสูง เนื่องจากมีการปล่อยน้ำทิ้งที่มีความเข้มข้นของเกลือสูงกลับสู่ทะเลบริเวณชายฝั่ง ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อระบบนิเวศทางทะเลในบริเวณนั้น

นอกจากนั้นยังต้องการพื้นที่ชายฝั่งขนาดใหญ่ในการก่อสร้าง ซึ่งการหาพื้นที่ขนาดใหญ่ริมชายฝั่งและการก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานมีค่าใช้จ่ายสูงลิ่ว
แนวคิดที่จะสร้างโรงงานผลิตน้ำจืดใต้ทะเลจึงถือกำเนิดขึ้น โดยติดตั้งระบบแยกเกลือทั้งหมดหรือบางส่วนไว้ที่พื้นทะเลลึก เพื่อใช้ประโยชน์จากแรงดันน้ำธรรมชาติ (Hydrostatic pressure) มาช่วยในกระบวนการอาร์โอ ซึ่งช่วยลดความต้องการใช้พลังงานได้ถึง 50 % เมื่อเทียบกับโรงงานบนบก

ขณะเดียวกัน ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมก็ต่ำกว่า เพราะการปล่อยน้ำเกลือจะเกิดขึ้นในทะเลลึกซึ่งมีกระแสน้ำช่วยให้เจือจางได้อย่างรวดเร็ว ลดผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตบริเวณชายฝั่ง อีกทั้งยังไม่จำเป็นต้องใช้ที่ดินชายฝั่งในการก่อสร้างอีกด้วย
การแยกเกลือใต้ทะเลลึกยังทำให้ได้น้ำดิบที่มีคุณภาพดีกว่า เนื่องจากน้ำทะเลในระดับลึกจะมีอุณหภูมิต่ำและมีสารแขวนลอยน้อยกว่าน้ำทะเลบริเวณผิวน้ำ ช่วยให้สามารถลดขั้นตอนและค่าใช้จ่ายในการปรับสภาพน้ำดิบได้อีก ในระยะยาว การแยกเกลือใต้ทะเลลึกจึงมีศักยภาพในการลดต้นทุนการผลิตน้ำจืดได้อย่างมา
เนื่องจากเทคโนโลยีการแยกเกลือใต้ทะเลลึกยังอยู่ในช่วงพัฒนา ยังไม่แพร่หลายเท่าระบบโรงแยกเกลือบนบก และมีบริษัทเพียงไม่กี่แห่งที่เชี่ยวชาญเทคโนโลยีนี้ การติดตั้งและบำรุงรักษาจึงถือเป็นความท้าทายอย่างหนึ่ง เนื่องจากมีความซับซ้อนและต้องใช้เทคโนโลยีขั้นสูง
นอกจากนั้นยังมีข้อจำกัดด้านความลึก ที่ต้องพิจารณาติดตั้งในบริเวณที่มีความลึกของทะเลที่เหมาะสมเพื่อให้ได้แรงดันน้ำที่สูงมากพอสำหรับการแยกเกลือ
ช่วงเวลาปัจจุบันจึงเป็นเสมือนรอยต่อระหว่างโรงงานแยกเกลือบนบกและใต้ทะเล โดยโรงงานบนบกเป็นเทคโนโลยีมาตรฐานที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว แต่มีต้นทุนด้านพลังงานและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมที่สูงกว่า ในขณะที่โรงงานใต้ทะเลเป็นเทคโนโลยีแห่งอนาคตที่มีศักยภาพสูงและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า

แต่ไม่ว่าฝ่ายใดจะได้รับชัยชนะในการแข่งขัน อย่างน้อยพัฒนาการของเทคโนโลยีแยกเกลือจากน้ำทะเลที่มีแววรุ่งโรจน์มากขึ้นทุกวัน ก็คงช่วยให้เราอุ่นใจได้ในระดับหนึ่งในการรับมือกับวิกฤตการณ์ขาดแคลนน้ำจืดในวันข้างหน้า