Afsaltning af vand på en grønnere og mere økonomisk måde

Vi ved, at overdreven forbrug, industriel aktivitet og vækst i den globale befolkning er nogle af de faktorer, der truer adgangen til drikkevand for en stigende andel af mennesker verden over. Ifølge UNESCO-tal fra 2012, næsten 700 millioner mennesker lider af begrænset adgang til vand - og det tal kan stige til 1,8 milliarder i 2025. Afsaltning og behandling af industrielt spildevand kan producere store mængder drikkevand, og disse metoder bruges allerede i mange lande og regioner, såsom De Forenede Arabiske Emirater, Saudi Arabien, Kina, Europa og USA. Men, eksisterende systemer er dyre og bruger meget energi. Jeff Ong, fra EPFLs laboratorium for uorganisk syntese og katalyse, har udviklet en vandbehandlingsmaskine, der kombinerer fordelene ved alle de vigtigste teknologier, der anvendes i øjeblikket, samtidig med at den tilbyder forbedret ydeevne. For eksempel, prototypen fjerner mere end 99,9 procent af saltet fra havvand med samme gennemstrømning, men bruger mindre energi. Systemet vil blive testet under virkelige forhold i år.

Øget gennemløb

Den vigtigste afsaltningsteknologi i stor skala, der bruges i dag, er omvendt osmose. Når to identiske væsker adskilt af en semipermeabel membran har en forskellig koncentration af salt eller andre mineraler, den med den laveste koncentration passerer gennem membranen, indtil hver væske har den samme koncentration. For at vende denne naturlige proces og derfor maksimere mængden af ​​ferskvand, tryk på den mere koncentrerede væske, så den strømmer gennem filtreringsmembranen mod drikkevandssiden. Teknikken bruger en relativt stor mængde elektricitet (omkring 4-5 kWh/m3), og membranerne forringes hurtigt, ligesom andre komponenter, nedslidt af mineralpartikler. De skal rengøres kemisk flere gange om året og udskiftes meget ofte. "Det resulterer i høje vedligeholdelsesomkostninger for producenterne, "siger Ong. Dog, afsaltningskonceptet, der bruges af EPFL-spin-off, bruger membraner lavet af inert hydrofobt materiale, slides mindre hurtigt og kan genbruges billigt.

Fordampning af vand ved hjælp af varmegenvindingselementer

For at maksimere saltadskillelse, hvor EPFL-prototypen øges til mere end 99,9 procent, Ong sammensatte en serie af fordampningsbaserede afsaltningsmoduler. For at løse systemets største svaghed – energiforbrug – lavede han adskillige forbedringer, herunder intern varmegenvinding og mere effektiv varmeoverførsel. Ved at reducere trykket, vandet kan bringes i kog ved en temperatur på under 80°C. Den producerede damp afkøles og genvindes som ferskvand. Resten af ​​væsken, som indeholder det resterende salt, går ind i en anden celle med endnu lavere tryk, og så videre. Varmegenvindingselementer bruges til at forvarme og fordampe det resterende saltvand, uden at bruge energi uden for systemet. På hvert trin, den producerede damp afkøles, og det resulterende ferskvand genvindes. Det ferske vand fjernes ved hjælp af varmeveksleranordninger, der er placeret således, at systemet afkøles. Ved at genbruge varme, der ellers ville gå tabt, E-METS har et meget lavere CO2-fodaftryk end et konventionelt termisk system. "Disse fordampnings- og kølestrømsprincipper er almindeligt anvendt i atomkraftindustrien, " forklarer Ong. "Vi er de første til at anvende konceptet i vandseparationsområdet."

Behandling af meget saltvand

Nylige forbedringer i denne hybridprototype har også resulteret i tidsbesparelser, fordi gennemstrømningen nu er op til dobbelt så høj som for omvendt osmose-systemer. Ud over, det nye system har den fordel, at det kan håndtere meget høje saltkoncentrationer - mere end 200 g/l - hvilket er dobbelt så meget som standard termisk separeringsteknologi og mere end fire gange så meget som omvendt osmose. Så høje saltkoncentrationer kan findes, for eksempel, i de affaldsopløsninger, der produceres af omvendt osmoseanlæg.

Afsaltningsmarkedet forventes at være 27,4 milliarder dollars værd i 2025, med vand- og vandbehandlingsmarkedet til en samlet værdi af 675 mia. Opstarten, Aqualife Global, er i øjeblikket indarbejdet for at kommercialisere E-METS-teknologien. Systemets modulopbygning gør, at det kan tilpasses den mængde vand, der skal behandles. Dette år, medstifterne har til hensigt at udvikle en version, der passer ind i en fragtcontainer, gør det nemt at transportere og gør det muligt at sætte det op, hvor det er mest nødvendigt. Ud over at blive brugt til at afsalte havvand, systemet kan tilsluttes til omvendt osmoseanlæg, hjælper dem med at producere større mængder afsaltet drikkevand. Medstifterne ser også mange andre potentielle anvendelser, såsom behandling af spildevand fra mineindustrien – og mere specifikt til lithiumminedrift – og fjernelse af svovl fra spildevand produceret af elproduktionsselskaber. Systemet kan også bruges til at rense spildevand produceret af landbrugsfødevare- og olie- og gasindustrien.