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地球表面几乎四分之三被水覆盖，但其中大部分太咸而无法饮用。而 2.5% 的淡水要么被锁在土壤、偏远的积雪和冰川中，要么在深层含水层中。 这使得不到 1% 的所有淡水 供人类和动物饮用，以及供农民种植农作物——而且随着全球气温升高引发更多干旱，这一剩余量正在减少。 结果是：随着人口增长和供水减少，越来越难以满足世界的需求。 高盛投资银行的分析师估计，全球用水量每 20 年翻一番。
因此，寻找新水源的工作正在进行中。 一种被证明可行的方案是脱盐技术——从海洋或盐水含水层中提取盐分的脱盐技术，以制造 饮用水。 但脱盐技术历史上高昂的价格在很大程度上使其被搁置，但随着技术的进步和不断增长的需求挤压淡水供应，这种情况正在发生变化。
耶鲁大学环境工程师梅纳赫姆·埃利梅莱克说：“两种主要的脱盐技术是 蒸馏和反渗透，或简称 RO。” “蒸馏是将原水蒸发，然后冷凝成淡水，这种方法能源密集型，因此主要用于石油丰富的 中东地区。” 热脱盐工艺需要高温，因此往往成本较高（每立方米淡水超过 1 美元），但使用其他工业或发电厂运行中排放的“废”热进行热电联产可以降低能源消耗。
然而，更常见的是，脱盐厂依赖于 RO，它基于高科技聚合物膜，这种膜可渗透水，但会阻止溶解盐的通过，埃利梅莱克说。 他解释说，当盐溶液位于半透膜的一侧，而盐度较低的溶液位于另一侧时，水会从浓度较低的一侧扩散到浓度较高的一侧。 科学家们将这种现象称为渗透，这种现象倾向于使两种溶液的盐度相等。
在 20 世纪 50 年代和 60 年代，研究人员意识到，他们可以通过对浓度较高的溶液施加压力来逆转这一过程，从而使水分子穿过膜，留下浓缩的盐水。 为了抵消溶液之间产生的渗透压并迫使水回流通过膜，脱盐厂必须使用 7,000 至 8,300 千帕（每平方厘米 71 至 86.5 千克力或每平方英寸 1,000 至 1,200 磅）的高压，他指出。
常见的 RO 膜是薄膜复合材料，它结合了由微孔聚砜制成的机械强度高的支撑层和微米级的聚酰胺“过滤”层，水分子可以通过该层，但其他任何物质都不能通过。 后一种物质是“杜邦 凯夫拉尔 的近亲——凯夫拉尔是一种超强芳纶聚合物纤维，用于轻型防弹衣”，明尼苏达州埃迪纳市陶氏水处理解决方案公司 (DWS) 的高级研究科学家比尔·米克尔斯说，该公司是此类产品的最大供应商。 他说，在过去的二十年中，RO 膜已经成熟，在透水性、脱盐能力、使用寿命（现在长达三到五年）和成本方面都取得了显著改进。
这些进步，加上能量回收装置（从浓缩盐水流中获取压力并将大部分压力转移到流入的水流中），使脱盐技术更经济实惠。 目前的 RO 设施脱盐海水的成本为每立方米 68 至 90 美分。 根据美国自来水工程协会的数据，美国市政供水的平均交付价格约为每立方米 60 美分。
目前正在进行的其他改进措施包括维持工艺流程的措施。 德克萨斯大学奥斯汀分校的化学工程师本尼·弗里曼说，RO 工厂必须过滤海水并注入化学物质以消除可能导致堵塞的颗粒，并且定期清洗膜以减少结垢和生物膜污染。 “添加氯是为了 对水进行消毒，”他说，“但操作员通常需要在之后进行脱氯处理，以保护膜免受化学降解。” 弗里曼和弗吉尼亚理工学院暨州立大学布莱克斯堡分校的聚合物科学家詹姆斯·麦格拉斯对耐氯聚砜进行了改性，使其可用作脱盐膜。
与此同时，其他地方的研究人员正试图绕过 RO 对高压的依赖。 埃利梅莱克和企业家罗伯特·麦金尼斯提出了一种称为正向渗透 (FO) 的工艺，该工艺可以将净化水所需的能量减少 90%。 FO 利用浓缩的“汲取”溶液和原水流之间的渗透压差，驱动水通过半透膜。
“合适的汲取溶液意味着您不必完全依靠压力来完成所有工作，”麦金尼斯指出，他最近成立了一家名为 Oasys 的初创公司，以将该技术商业化。 他补充说，主要挑战是选择一种无毒的汲取溶质，这种溶质可以简单且经济地去除。
Oasys 计划使用氨和 二氧化碳混合物 作为汲取溶质。 当溶液被加热时，溶解的碳酸铵和相关盐分解成它们的前体气体，从而易于去除。 麦金尼斯说，Oasys 的工艺可以在少量电力以及工业运行产生的“废”热（低于 120 华氏度或 50 摄氏度）下高效运行。 当完全扩大规模后，FO 脱盐的成本预计仅为每立方米 37 至 44 美分。
伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校水净化高级材料系统中心 (CAMPWS) 主任马克·香农说，更具推测性的脱盐研究旨在创造“超通量”膜，使水更容易通过。 例如，研究人员已经表明，碳纳米管可以以出乎意料的高流速输送水。 这些所谓的“水线”可能能够在给定压力下通过比现有膜更大的水量，同时仍然阻挡水合盐。
香农说，仿生膜技术也在开发中。 这些材料试图模仿生物细胞膜中微小孔隙的能力，选择性地允许水流过，同时阻止盐离子的通过。 例如，丹麦公司 Aquaporin 正在将从绿色植物中提取的天然水通道蛋白（水通道）嵌入膜中，该公司希望今年将其推向市场。 包括 CAMPWS 科学家在内的其他人正在研究人工活性纳米孔结构。
最近，马德里高级研究院同意与西班牙巴利亚多利德的工程公司 PROINGESA 合作，设计一种电容去离子工艺，该工艺对原水施加电势，以将溶解的盐离子吸引到带相反电荷的电极，并在那里吸附并随后去除它们。
国际脱盐协会 (IDA) 的数据显示，目前约有 13,000 家脱盐厂正在运行，每天可生产 5230 万立方米（138 亿加仑）的饮用水。 但这仅占全球每日用水量的百分之零点五，如果工艺成本能够进一步降低，这个数字将会增长得更快。 尽管如此，IDA 报告称，自 1990 年以来，脱盐设施的建设以每年 17% 的速度增长。
这一趋势让许多当地环保组织感到担忧，例如加利福尼亚州的冲浪者基金会或澳大利亚新南威尔士州自然保护委员会，它们担心通过安全处置工艺中留下的浓缩盐水以及化石燃料使用量的增加和由此产生的 温室气体排放 来保护附近的生态系统。
无论如何，Lux Research 的一项新的市场分析预测，在未来十年内，随着澳大利亚、以色列、新加坡、加利福尼亚州和其他国家/地区为海水和内陆微咸水以及水循环利用建造脱盐厂，全球脱盐水供应量将以 9.5% 的复合年增长率增长。 这意味着到 2020 年，产量将达到每年 540 亿立方米（每年 54 万亿升），是 2008 年的三倍。 CAMPWS 的香农对此表示赞同，他预测：“在未来几十年里，我们将看到脱盐技术的指数级增长。”