Besejrer dag nul i Cape Town

Dag nul:dæmningsniveauer falder til under sikre grænser, og byens vandforsyning afbrydes. Det lyder som et apokalyptisk mareridt, men for beboere i Cape Town i Sydafrika er det hurtigt ved at blive en realitet. For tørke-tilbøjelige lande som Australien, det er heller ikke uforudsigeligt. Nye fremskridt inden for afsaltning, imidlertid, tilbyder alternative løsninger til vandsikkerhed og til minedrift af værdifulde knappe mineraler.

Ferskvand er en nødvendighed for livet. Det er let at tro, at vand altid vil være rigeligt, da det dækker 70 procent af vores planet. Endnu, adgang til drikkevand er en udfordring for mange. I 2025, FN forventer, at 1,8 milliarder mennesker vil støde på vandmangel. Det skyldes, at kun tre procent af verdens vand er ferskvand, og alvorlig tørke påvirker mange lande.

Den forestående vandkrise i Cape Town er forårsaget af tre års lav nedbør, sammen med det stigende forbrug i en voksende befolkning. Cape Town kunne blive den første store by i moderne historie, der løb tør for vand.

Afsaltning ses i stigende grad som en vigtig løsning på vandmangel, især på tørre kontinenter som Australien. Afsaltning indebærer fjernelse af salte og andre opløste mineraler fra havvand eller brakvand (det er vand, der ikke er friskt, men er heller ikke helt så salt som havvand).

I øjeblikket, Omvendt osmose og termiske processer er de mest almindeligt anvendte afsaltningsteknikker. Selvom de er meget modne og har udviklet sig i ydeevne gennem årene, de har endnu ikke nået undvigende bæredygtighedsmål.

Hvorfor? Begge er energikrævende, kræver dyrt byggemateriale, er kemisk intensive, begrænset af membranforurening og korrosion, og producere koncentrerede affaldsstrømme. Den negative miljøpåvirkning af udledning af koncentreret affaldsstrøm (saltlage) er bekymrende.

Det skyldes, at bortskaffelse af det koncentrerede saltvandsaffald på land resulterer i langsigtet modtagelighed for forurening af overflade- og grundvandsressourcer. Alternativet, udledning af affaldslagen (der er højt i salt og andre kemikalier) tilbage i havet kræver omfattende fortynding og installation af hundredvis af meter offshore ubådsrørledninger for at afbøde eventuelle negative virkninger på organismer, der lever i vand.

Afsaltning ved frysning, imidlertid, er motiveret af naturligt havvandsfænomen:is fremstillet af saltvand er saltfri. De iboende fordele ved frysning af afsaltning er, at det er lavt, relativt enkel og kemikaliefri. Imidlertid, adskillelse af is fra saltopløsning for at opnå saltfrit vand er stadig en udfordring.

Min forskning er i øjeblikket fokuseret på at finde en passende væske, der effektivt adskiller is og saltvand baseret på flydende tyngdekraft. Dette vil muliggøre ferskvandsproduktion fra is.

Umiddelbart, det høje frysenergibehov ved frysning af afsaltning, fra -8 grader Celsius til -15 grader Celsius er en stor begrænsning. En levedygtig mulighed her er at opnå 'gratis energi' fra fordampningsfaciliteter med flydende naturgas (LNG). Dette er især relevant i australsk sammenhæng på grund af den betydelige vækst i LNG -produktionen.

Naturgas omdannes til LNG ved komprimering og afkøling ved mellem -160 grader Celsius og -200 grader Celsius. Fryseafsaltning kan kobles til LNG -kølemiddelkølemiddelskilden, givet, at størstedelen af ​​LNG -anlæg er placeret ved kysten. Sammenkobling af anlæg ville gavne mange lande, der samtidig importerer LNG og lider af vandmangel.

Når vandmangel kniber, indsatsen for at bevare naturressourcer er også stigende. Fokus på 'minedrift' af værdifulde ressourcer fra havvand og dets saltvandsspildstrømme er især skærpet.

Havvand indeholder næsten alle kemiske elementer til stede i det periodiske system, startende med de mest rigelige såsom natrium, magnesium, kalk, sulfat og kalium til værdifulde elementer ved lav koncentration, såsom strontium, lithium, uran og rubidium.

Ifølge Australiens Mineral Resource Assessment i 2013, strontium, magnesium, og lithium har en relativt høj kritisk risiko. Strontium har genanvendelsesprocent på mindre end 10 procent og bruges i keramik, glas- og pyrotekniske industrier, keramiske ferritmagneter, fyrværkeri, fosforescerende pigmenter, lysstofrør, og i olie- og gasindustrien som boremudder. De vigtigste anvendelser af magnesium omfatter aluminium, stål, kemiske og byggematerialer, og gødning.

At kende tilstedeværelsen af ​​disse elementer i havvand er en ting; at genoprette dem er en anden.

De økonomisk nyttige elementer i havvand er generelt til stede i relativt lave koncentrationer. For eksempel, det økonomisk værdifulde rubidium er prissat så højt som $ 12, 505 per kilo, men findes kun i lave koncentrationer på 0,2 til 0,3 milligram per liter. Den høje økonomiske værdi af rubidium tilskrives dens anvendelse inden for nye teknologiområder inden for fiberoptiske telekommunikationssystemer, halvledere, fremstilling af monolitiske lasere, gasdæmpere i vakuumrør, og til forskellige lægeundersøgelser.

Det er derfor min forskning i Australien med min vejleder, Direktør for School of Civil and Environmental Engineering Saravanamuth Vigneswaran, har også været dedikeret til udvinding af rubidium fra havvandssaltlage. Jeg ser på, hvordan vi kunne bruge integrerede membranprocesser og selektive nye ionbytterabsorbenter til samtidig at producere ferskvand og ekstrahere rubidium.

Gendannelsen af ​​værdifuldt rubidium ville ikke kun hjælpe industrien, det kan også potentielt opveje driftsomkostninger ved afsaltning af havvand og den dermed forbundne saltvandshåndtering. Det vil også, forhåbentlig, gøre det lettere for regering og industri at se, at bæredygtighed virkelig er alles sag.