A possibilidade de terraformar o oeste dos Estados Unidos
(caseyhandmer.wordpress.com)- A baixa densidade populacional e a falta de cidades no oeste dos EUA se resumem, no fim, ao problema da escassez de água, e a dessalinização solar barata pode ampliar muito o espaço para habitação, agricultura e desenvolvimento urbano em regiões desérticas
- O centro da solução não são barragens maiores, mas sim energia solar + dessalinização; em 2024, a dessalinização por osmose reversa já caiu para cerca de $0.40/m³, ou $500/acre-foot
- Com módulos solares a $0.07/W e casos de células LFP abaixo de $50/kWh, a estimativa de custo total do projeto Salton-Imperial pode cair de $32B há um ano para $17.5B
- O plano para Nevada traria água dessalinizada da costa por meio de troca de direitos do Colorado River, restauração do Mojave River e conexão com o California Aqueduct, ligando um canal de 500 milhas a uma rede de drenagem de mais de 1000 milhas
- O sistema proposto prevê cerca de $16B para construir 20GW de dessalinização solar, canais e bombas, com base em uma conta que busca mais de 750 milhas quadradas de terras agrícolas, até 1460 milhas quadradas de lagos e mais de $1T em valorização fundiária
O gargalo do oeste americano é a água
- No oeste dos EUA, a oeste do meridiano 100, faltam grandes cidades e população, e a limitação central é a escassez de água
- Cadillac Desert argumentava que, apenas com a precipitação natural, a expansão da ocupação no oeste praticamente chegou ao limite, mas a posição aqui é que a resposta à redução do fluxo do Colorado River e ao aumento da demanda habitacional não precisa ser um recuo
- O deserto de altitude tem clima, potencial solar, minerais e capital humano, mas o desenvolvimento é bloqueado pela falta de água
- California e Florida já são exemplos de áreas efetivamente terraformadas por infraestrutura em larga escala
- Los Angeles criou 284.000 acres com obras em rios e rebaixamento do lençol freático, e traz milhões de acre-feet de água por ano pelo LA Aqueduct, Colorado River Aqueduct e California Aqueduct
- A Florida virou uma área metropolitana muito desejada a partir do que antes era pântano, com a combinação de desenvolvimento, drenagem e ar-condicionado
A energia solar reduz o custo da dessalinização
- A solução para a escassez de água na escala necessária não é depender de barragens maiores ou de chuva, mas de dessalinização solar
- A análise existente usa como base energia solar + bateria + dessalinização por osmose reversa (RO)
- Com energia solar a $0.50/W, bateria a $100/kWh e RO a $2000/kW, o preço da água com amortização em 10 anos fica em cerca de $500/acre-foot, ou $0.40/m³
- Esse preço é viável para abastecimento urbano e para a agricultura de algumas culturas de alto valor agregado
- O governo federal dos EUA já pagou $521/acre-foot para evitar o uso de água do Colorado River
- Para a California substituir os 5 maf anuais que recebe do Colorado River por um volume equivalente de água dessalinizada, seriam necessários $2.5B por ano; isso é pequeno diante da produtividade econômica viabilizada por essa água, mas ainda é mais caro que os preços atuais da água na California
Queda adicional nos preços de solar e baterias
- A energia solar fotovoltaica é tratada como o primeiro produto manufaturado em massa no qual a energia não é insumo, mas produto, e seu preço vem caindo 15% a 20% ao ano
- Houve recentemente casos de módulos solares negociados no mínimo recorde de $0.07/W
- Se a mesma curva de custo continuar em racks e sistemas de instalação, grandes arrays podem se aproximar de $0.10/W
- Os preços das baterias também estão caindo, e já houve casos de células LFP negociadas por menos de $50/kWh
- Aplicando essas mudanças de preço ao projeto Salton-Imperial, a estrutura de custos cai bastante
- Array solar: $10B → $2B
- Sistema de armazenamento em baterias: $12B → $6B
- RO: $10B → $9.5B
- Total: $32B → $17.5B
- Preço da água: $280/acre-foot, ou $0.22/m³
Equipamentos de dessalinização ajustados à intermitência
- Mais da metade do custo restante é a amortização do sistema de RO, e reduzir ainda mais esse custo exige um projeto de processo ajustado à curva de oferta da energia solar
- Adaptar processos industriais à baixa despesa de capital e à intermitência pode aproveitar melhor a queda dos preços da energia solar fotovoltaica do que depender de baterias
- Em plantas distribuídas off-grid, adota-se o princípio de que o custo do produto final é minimizado quando o custo de capital do array solar e da aplicação são semelhantes
- O cálculo de exemplo é o seguinte
- Usina solar de 1MW custando $200k
- Planta de dessalinização custando $200k
- Fator de capacidade de 25%, 3kWh/m³
- Produção de 7,3 milhões de m³ em 10 anos
- Custo amortizado de $0.055/m³, ou $68/acre-foot
- As plantas de RO atuais custam cerca de $2000/kW, então não se encaixam bem, financeira nem tecnicamente, na operação intermitente, e ainda há o problema de fadiga das membranas
- A dessalinização térmica, embora menos eficiente em energia, pode permitir custos de equipamento muito menores; uma candidata mencionada é a destilação de múltiplos efeitos baseada em injeção de plástico de baixo custo
O custo de elevar a água para áreas altas
- Para terraformar o deserto de altitude de Nevada, além da dessalinização é preciso bombear água para cima
- Para elevar 1 milhão de acre-feet por ano a 1000 m de altitude, seriam necessários um array solar fotovoltaico de 6GW e bombas baratas e eficientes
- Bombear água não envolve transições termodinâmicas complexas, então é visto como uma tarefa relativamente mais simples
- Bombear 1000 m para cima aproximadamente dobra o custo energético, dependendo da eficiência da dessalinização, mas como as bombas são mais baratas que os equipamentos de dessalinização, o aumento no preço da água é menor que isso
Um plano voltado para Nevada
- Nevada tem 71 milhões de acres, dos quais 80% são terras sob gestão federal
- A população é de cerca de 3 milhões de pessoas, a maioria em Las Vegas, e Reno tem pouco mais de 500 mil habitantes
- Ohio tem cerca de um terço do tamanho de Nevada, mas quase quatro vezes mais população
- Nevada recebe chuva de menos para ter grandes rios com fluxo perene, e sua geografia de basin and range divide a drenagem em várias bacias fechadas
- Na última era glacial, cerca de 10 mil anos atrás, Nevada tinha um clima mais úmido, lagos, rios, florestas e megafauna norte-americana como mammoths, mastodons e giant sloths
Rotas para levar água a Nevada
- A ideia básica é usar energia solar fotovoltaica barata e dessalinização para produzir milhões de acre-feet de água na costa e levá-los para o interior, substituindo a falta de precipitação natural
- O método mais simples é trocar água dessalinizada no delta do Colorado River por liberações de Lake Mead
- Seria possível produzir 5 milhões de acre-feet por ano no México ou no lado do Imperial Valley, nos EUA
- A água poderia ser fornecida pelo All American Canal, Coachella Canal e Colorado River Aqueduct
- Nevada arrendaria os direitos da California sobre a água do Colorado River, desviaria a água para dentro do estado e depois a devolveria ao Colorado River
- Outra alternativa é restaurar o Mojave River, hoje em grande parte um leito seco e aquífero subterrâneo
- Seria usado o corredor hídrico que vai de Cajon Pass, perto de San Bernardino, em direção a Death Valley
- A água seria desviada acima do National Park e bombeada para Nevada pelo vale do Amargosa River
- O California Aqueduct poderia abastecer a parte alta do Mojave River, e grandes usinas de dessalinização em qualquer ponto da costa da California poderiam reforçar o fluxo
- Se a dessalinização ocorrer perto do delta de Sacramento, também seria possível atravessar a Sierra e lançar água nos rios Truckee, Carson e Walker
- A estrutura de fornecimento a montante é vista quase como uma escolha estética entre coordenar com reguladores da California ou do México
Canais e rede de drenagem dentro de Nevada
- Os vales de Nevada se estendem principalmente no sentido norte-sul, com um divisor de águas leste-oeste no centro
- A drenagem ao norte vai pelo Humboldt River até o Carson Sink, perto de Reno; ao sul, a maior parte é bacia fechada, enquanto o White River corre para o sul pela borda leste e segue até o Colorado
- Com a queda do custo da energia solar, aumenta a flexibilidade para escolher traçados de canais e quais vales terraformar
- Uma abordagem eficaz seria uma rede de canais ao longo da US Route 95
- Elevando água de Las Vegas, Amargosa Valley e Carson Sink até Tonopah
- Depois enchendo o playa lake de Big Smoky Valley
- Transpondo água para Reese Valley e Monitor Valley, até chegar ao Humboldt River
- A drenagem de Monitor Valley seguiria por Diamond Valley, reenchendo um grande lago e depois alcançando o Humboldt River via Huntington Creek
- A água que seria devolvida ao Colorado River poderia ser desviada para o sul a partir de Diamond Valley Lake, passando por Eureka, pela rota da US Route 50, Hiwee Valley, Newark Valley e Jakes Valley até a bacia do White River
- Nesse caso, o White River deixaria de ser um vale quase seco e se tornaria um rio perene abundante
Estimativa de escala e viabilidade econômica
- O sistema proposto como um todo usaria cerca de 500 milhas de canais e mais de 1000 milhas de drenagens naturais
- As novas terras agrícolas diretamente irrigáveis somariam mais de 750 milhas quadradas
- Os novos lagos poderiam chegar a até 1460 milhas quadradas, dependendo do volume de água deixado no Carson Sink
- Estimam-se 240.000 acres de propriedades de alto valor à beira d’água
- O consumo final de água por evaporação e recarga de aquíferos pode chegar a 3 maf por ano
- Em alguns sinks, salmouras comercialmente relevantes também poderiam viabilizar desenvolvimento mineral, além de agricultura, comércio e imóveis
- Só a valorização fundiária é estimada em mais de $1T, valor muito grande em comparação com o PIB anual de Nevada, de cerca de $200B
- Mais de 90% do estado, incluindo National Parks, State Parks e bases militares existentes, não seriam afetados por esse projeto
Custos previstos e financiamento
- A estimativa de custo baseada no Central Arizona Project (CAP) e na análise de dessalinização de baixo custo é a seguinte
- Array de dessalinização solar de 20GW: $4B
- Planta de dessalinização de baixo custo correspondente: $4B
- Construção de canais redimensionada a partir do CAP: $6B
- Bombas e o array solar para alimentá-las: $2B
- O total estimado é de cerca de $16B
- Como forma de financiamento, menciona-se algo semelhante aos railroad land grants dos EUA de 150 anos atrás: conceder a opção de comprar parte das terras estaduais e federais a preço de área não melhorada, junto das autorizações regulatórias necessárias
Expansão para outras regiões desérticas
- O caso de Nevada e da borda sul da California pode ser generalizado mais amplamente
- Cerca de um terço das terras do planeta são desertos muito pouco povoados, e uma parte considerável deles, ao contrário de Nevada, fica em planícies costeiras
- Arizona, Utah, New Mexico, eastern Cascades, partes da Índia, Austrália, Namíbia, Chile, Argentina, Oriente Médio, Ásia Central e África saariana também poderiam se tornar áreas férteis com dessalinização solar
- A área necessária para a dessalinização solar seria inferior a 1% do território dessas regiões
- Israel, Saudi Arabia e UAE já avançaram bastante nessa direção, mas o primeiro megaprojeto de dessalinização solar ainda espera para ser desenvolvido
1 comentários
Opiniões no Hacker News
No começo achei que fosse sátira, mas no fim a piada nunca foi retomada. O autor cita Cadillac Desert, mas ignora completamente o ponto central do livro, e o texto está mais para uma fantasia do tipo “até 1995 poderemos construir habitats espaciais em L5”
Há muito dinheiro em jogo na água. Se a dessalinização fosse economicamente viável, já estaria sendo feita em grande escala, e isso não é uma questão regulatória, mas puramente de viabilidade econômica. Se alguém conseguisse comprovar a tecnologia de que o autor fala, uma quantidade quase ilimitada de dinheiro teria ido para isso; mas isso não aconteceu, e não está acontecendo em lugar nenhum do mundo
Por fim, o autor trata como trivial bombear água morro acima, mas dizem que 20% da eletricidade produzida atualmente na California é usada para bombeamento de água. Ele convenientemente evita o problema de construir a enorme rede elétrica necessária para bombear essa água
O crescimento anual de 4% das décadas de 1940 a 1970 dobrava a qualidade de vida dos americanos a cada 18 anos, e isso aconteceu porque construímos coisas que pareciam impossíveis. A Hoover Dam era “grande e cara demais”, o Interstate Highway System “não fazia sentido econômico”, o sistema hídrico da California tinha “requisitos absurdos”, mas no fim tudo isso foi construído
Você está deixando passar o fato de que poderia haver mais 300 milhões de pessoas para contribuir com isso. Americanos inteligentes capazes de resolver problemas de engenharia hídrica e energia poderiam estar trabalhando de verdade em vez de escrever comentários no HN sobre por que é difícil
Não deveríamos ficar presos a essa resignação NIMBY que racionaliza o declínio dos EUA desde 1969. Antes, construíamos infraestruturas impossíveis que mudavam vidas; hoje citamos livros sobre “como a infraestrutura antiga foi difícil de construir” e escrevemos de forma sofisticada sobre por que novas infraestruturas não podem ser feitas. Mesmo que aquela infraestrutura antiga tenha sido construída, afinal
Acho que o único motivo para isso não ser feito em lugares como a California é basicamente regulação. Talvez Arizona até saia na frente. Houve progresso recente em uma iniciativa de dessalinização no Sea of Cortez, entre Arizona e Mexico, a 60 milhas da fronteira do Arizona
Li em algum lugar que os sonhos seriam uma forma de o cérebro, uma máquina complexa de previsão e análise, evitar overfitting; este tipo de texto parece cumprir um papel parecido para a inteligência coletiva
Não sei se trazer o Salton Sea é um bom argumento. Ele é justamente algo próximo de um exemplo clássico dos riscos que surgem ao levar água a uma bacia endorreica para criar um lago interior
A Great Basin é a maior bacia endorreica da North America, e o grande lago interior natural dentro dela, o Great Salt Lake, está secando atualmente
As pessoas que vivem a sotavento dele já sofrem os efeitos da aridificação, e, se ele continuar secando, milhões de pessoas podem ter de se mudar por causa de impactos à saúde, como arsênico na poeira
O texto também ignora ou passa por cima de outras partes difíceis. A salmoura gerada pela dessalinização em escala continental é um problema de resíduo perigoso, e basta olhar para os problemas na escala de data centers para ver como isso é complicado
A água dos lagos Mead e Powell também precisaria de tratamento sério para ser movida para qualquer lugar, por causa de problemas como o mexilhão Quagga
Uma parte considerável das terras agrícolas produtivas já está em risco por causa da alocação excessiva do Colorado River e da redução dos aquíferos
O leito seco do lago de Xyyzyy por si só já revela os problemas de tentar aproveitar o Mojave River. É bom que o autor tenha se divertido com esse experimento mental, mas a ideia, em sua forma atual, não é realista
Antes de levar água para o deserto, precisamos parar de transformar lugares habitáveis em deserto. Se você pegar a I-20 ou a I-30, verá muita engenharia civil nociva e uso do solo sem consideração, e ambos fazem a região perder chuva
A precipitação média anual não é um valor fixo; ela pode variar conforme o uso do solo e a forma como a água da chuva é manejada. Gorchkov e Makarieva organizaram bem isso matematicamente, e chamaram um dos processos de bomba biótica
Em geral, precisamos parar de tratar a água da chuva como um resíduo incômodo, abandonar práticas gananciosas de gestão da água e compartilhar a água com a natureza
Para constar, não digo isso por ser um sonhador; recebi uma formação sólida em hidrologia. Hoje estou fazendo experimentos para reviver algumas nascentes com medidas muito baratas e simples, e estou medindo e documentando tudo
Um dos grandes segredos públicos da North America vem à mente. O northern Ontario e o northwestern Quebec são férteis. Há uma faixa de argila de 250 mil km² que se estende de Winnipeg até perto de Ottawa e, embora a estação de crescimento seja curta, é suficiente para grãos e leguminosas.
O problema é exatamente o oposto. A drenagem é ruim e chove demais nas épocas erradas, então a terra precisaria de obras de drenagem em grande escala. O inverno é miseravelmente frio e fica muito longe das cidades.
O governo tentou promover assentamentos, mas a maioria voltou para o sul, e hoje terras cultivadas ou pastagens representam menos de 5% do total. Se houvesse gente disposta a morar lá, toda essa região poderia ser transformada numa zona de batatas do tamanho das Prairies. Na prática, há outros lugares mais adequados.
Considerando o acesso à água doce e a condição de “invernos frios, mas raramente com clima catastrófico”, toda essa região é muito mais adequada a assentamentos em larga escala do que Phoenix ou Las Vegas.
O clima continental do Canada e, no caso da Scandinavia, a Gulf Stream podem fazer diferença. Ainda assim, com a Hudson Bay ali, talvez o clima também acabe sendo um pouco mais oceânico.
A pergunta central é “por quê?”. Se formos construir energia solar e capacidade de armazenamento em grande escala, não faria muito mais sentido usar isso para descarbonizar o restante da infraestrutura energética do que para um enorme projeto de dessalinização?
Não estou dizendo que a proposta do texto seja tecnicamente impossível, mas que ela não faz nenhum sentido do ponto de vista econômico e social. Por mais geração renovável que tenha sido instalada, o mundo segue emitindo a cada ano quantidades recordes, ou próximas de recordes, de gases de efeito estufa: https://ourworldindata.org/greenhouse-gas-emissions
Na época também deve ter havido opositores defendendo a manutenção do status quo, mas hoje eles parecem ter estado errados.
O argumento ambiental sobre carbono ou gases de efeito estufa acrescenta contexto, mas por si só dificilmente é uma refutação completa. Para se opor a uma iniciativa nova por causa do carbono, é preciso primeiro mostrar que não fazê-la realmente melhoraria bastante a situação, e que esse é um alvo mais fácil do que coibir empresas ou países que ignoram as regulamentações existentes.
Em vez de importar safras de inverno do exterior, poderíamos cultivá-las no Arizona e transportá-las por ferrovia pelos EUA, em vez de trazê-las de navio do mundo todo. Isso também poderia ter um grande impacto nas emissões de gases de efeito estufa, e a agricultura efetivamente terraforma o deserto, reduzindo a temperatura e a poeira e tornando-o mais habitável.
Depois que todas as baterias estiverem carregadas, onde usar o excedente de eletricidade do verão? Usá-lo em dessalinização parece uma boa opção.
O que tornou a Florida difícil de habitar não foi a falta de água, mas o clima. A explosão populacional da Florida coincide exatamente com o momento do pós-guerra em que o ar-condicionado se popularizou nos lares dos EUA[1]. Quase ninguém quer viver em um lugar sempre quente e úmido.
Diz-se que “a última era glacial foi há apenas 10 mil anos”, mas ainda estamos em uma era glacial. Uma era glacial significa simplesmente um período em que há calotas de gelo nos polos da Terra.
[1] - https://countrydigest.org/florida-population/
O ar-condicionado é uma das grandes invenções do século XX, no mesmo patamar de aviões, antibióticos, transistores e transporte por contêineres.
“Na Florida, a combinação de desenvolvimento, drenagem e ar-condicionado transformou antigos pântanos assolados por doenças em algumas das cidades mais desejáveis para se viver na Terra.”
Dispenso. Os humanos estão destruindo a Terra de todas as maneiras possíveis, e não há necessidade de haver mais gente. Dobrar o número de pessoas não vai resolver o enigma da existência duas vezes mais rápido. Pelo contrário, se a poluição resultante dobrar, a velocidade das descobertas pode cair pela metade
Isso também é destruição ambiental irresponsável. Só porque um lugar é seco, podemos transformá-lo completamente? Para quê?
Já morei em Dallas, que é parecida com Nevada, mas mais úmida e chuvosa, e não é um lugar propriamente habitável. As pessoas correm de um espaço com ar-condicionado para outro espaço com ar-condicionado. Caminhar 5 minutos lá fora já deixa você completamente encharcado de suor, e nem sombra nem a falta de concreto ajudam. Mesmo dirigindo 2 horas até um lugar sem nada, a sensação é de estar dentro de um forno preaquecido
Durante meio ano, quase não dá para fazer nada agradável do lado de fora, seja por risco de insolação, seja por ficar em geral cheirando muito a suor. Se a ideia é aproveitar terras vazias, seria muito mais sensato ir para as vastas regiões do Canada que são muito frias e pouco povoadas. Contra o frio dá para colocar mais camadas de roupa; contra o calor, há um limite para o quanto se pode tirar
Também dá para repensar a ideia de que dobrar o número de pessoas não permitiria resolver o enigma da existência duas vezes mais rápido. Se as pessoas de uma organização de ponta e única como a ASML tivessem o dobro de horas disponíveis por dia, ou se houvesse o dobro dessas pessoas, não poderiam fazer muito mais coisas incríveis?
Não havia alguém no HN, uns dois meses atrás, falando de dessalinização solar extremamente barata?
O MIT anuncia todo ano que resolveu a dessalinização solar
2021 [1]
2022 [2]
2023 [3]
2024 [4]
[1] https://news.mit.edu/2020/passive-solar-powered-water-desali...
[2] https://news.mit.edu/2022/solar-desalination-system-inexpens...
[3] https://news.mit.edu/2023/desalination-system-could-produce-...
[4] https://news.mit.edu/2024/solar-powered-desalination-system-...
Quantas vezes a humanidade tentou alterar o terreno para seus propósitos e acabou destruindo em vez de melhorar. Um caminho muito melhor é aprender a viver nas condições atuais e adaptar a tecnologia que usa recursos naturais a elas. Em alguns casos, nem isso é possível, então basta não morar lá
Claro que às vezes dá errado, mas, no geral, é algo grandioso e até essencial
Claro que é preciso manter o equilíbrio. Acho que o verdadeiro problema está em chegar a um consenso sobre o que é “equilíbrio”
Não sou especialista em geologia, então não sei se a proposta é viável, mas o autor parece querer restaurar o fluxo de um rio que secou em algum momento no passado
Pelo pouco de geologia que estudei na universidade, entendo que os humanos alteram fluxos de rios pelo menos desde o Nile River do Egito Antigo. A vitalidade de Los Angeles também é produto de desvios artificiais de fluxos de água, e o filme Chinatown trata disso, ao menos indiretamente
Se não me engano, até a Hoover Dam desvia uma quantidade considerável de água que antes corria para outro lugar. Claro que hoje muitos ambientalistas diriam que barragens são muito prejudiciais aos ecossistemas locais
Se a mudança climática está transformando muitas regiões por meio do tempo e do clima e causando convulsões em grandes populações, pode ser do interesse dos EUA examinar onde seria possível desviar fluxos de água para criar novamente novos centros populacionais
Somos parte do ecossistema, e nós também o moldamos
Uau, se isso for feito de verdade, será um projeto enorme
É um texto realmente interessante e, embora os números sejam um pouco aproximados, mesmo que a estimativa de custo esteja errada por uma ordem de grandeza, ainda assim seria muito barato
Infelizmente, os EUA perderam o apetite por esse tipo de megaprojeto
Se for visto como uma forma de gastar uma quantia enorme de dinheiro para subsidiar um certo estilo de vida, de repente fica menos atraente
É claro que o progresso econômico das últimas décadas teve luzes e sombras por causa de falhas estruturais. Ainda assim, não concordo em jogar fora o bebê junto com a água suja
É realmente triste ver um cinismo e uma negatividade generalizados em uma comunidade de pessoas que constroem coisas e resolvem problemas
Dizem que puxar água da costa da California causaria danos graves a muitos organismos marinhos, mas vejo isso como um desafio de engenharia único
Deve ser possível
https://www.cbo.gov/publication/59899