Przekształcanie odpadów odsalania w użyteczny zasób

Proces opracowany w MIT może przekształcić skoncentrowaną solankę w użyteczne chemikalia, dzięki czemu odsalanie będzie bardziej wydajne.

David L. Chandler | Biuro prasowe MIT

ZAPYTANIA PRASOWE

Podpis:

Takie rośliny odsalania wody w morzu zazwyczaj odprowadzają duże ilości skoncentrowanej solanki z powrotem do morza. Naukowcy z MIT wykazali, że zamiast tego większość tych odpadów można przekształcić w użyteczne chemikalia.

Podpis:

Ilustracja przedstawia potencjał sugerowanego procesu. Solanka, która może być otrzymywana ze strumienia odpadów z instalacji odsalania odwróconej osmozy (RO) lub z zakładów przemysłowych lub kopania soli, może być przetwarzana w celu uzyskania użytecznych substancji chemicznych, takich jak wodorotlenek sodu (NaOH) lub kwas solny (HCl).

Kredyty:

Ilustracja dzięki uprzejmości naukowców

Poprzedni obraz Następny obraz

Szybko rozwijający się przemysł odsalania wody produkuje wodę do picia i dla rolnictwa w suchych regionach przybrzeżnych świata. Ale pozostawia w tyle jako produkt odpadowy wiele wysoko skoncentrowanej solanki, która jest zwykle usuwana przez wyrzucenie go z powrotem do morza, proces, który wymaga kosztownych systemów pompowania i który musi być starannie zarządzany, aby zapobiec uszkodzeniu ekosystemów morskich. Teraz inżynierowie z MIT twierdzą, że znaleźli lepszy sposób.

W nowym badaniu pokazują one, że dzięki dość prostemu procesowi odpady mogą być przekształcane w użyteczne chemikalia - w tym te, które mogą uczynić sam proces odsalania bardziej wydajnym.

Podejście to może być stosowane do produkcji wodorotlenku sodu, wśród innych produktów. Inaczej znany jako soda kaustyczna, wodorotlenek sodu może być stosowany do wstępnej obróbki wody morskiej wchodzącej do zakładu odsalania. Zmienia to kwasowość wody, co pomaga zapobiegać zanieczyszczaniu błon używanych do filtrowania słonej wody — główną przyczyną przerw i awarii w typowych instalacjach odsalania odwróconej osmozy.

Koncepcja ta została opisana dziś w czasopiśmieNatura Katalizaoraz w dwóch innych pracach naukowca MIT Amita Kumara, profesora inżynierii mechanicznej Johna. H. Lienhard V i kilka innych. Lienhard jest jameel profesor wody i żywności i dyrektor Abdul Latif Jameel Wody i Żywności Systems Lab.

"Sam przemysł odsalania zużywa sporo", mówi Kumar o wodorotlenku sodu. "Kupują go, wydają na to pieniądze. Więc jeśli można zrobić to in situ w zakładzie, to może być duża zaleta." Ilość potrzebna w samych roślinach jest znacznie mniejsza niż całkowita kwota, która mogłaby być wyprodukowana z solanki, więc istnieje również możliwość, że będzie ona produktem nadanym do sprzedaży.

Wodorotlenek sodu nie jest jedynym produktem, który może być wytwarzany z solanki odpadowej: Inną ważną substancją chemiczną stosowaną w zakładach odsalania i wielu innych procesach przemysłowych jest kwas solny, który można również łatwo wytworzyć na miejscu z solanki odpadowej przy użyciu ustalonych metod przetwarzania chemicznego. Substancja chemiczna może być stosowana do czyszczenia części instalacji odsalania, ale jest również szeroko stosowana w produkcji chemicznej i jako źródło wodoru.

Obecnie świat produkuje ponad 100 miliardów litrów (około 27 miliardów galonów) dziennie wody z odsalania, co pozostawia podobną objętość skoncentrowanej solanki. Wiele z nich jest wypompowanych z powrotem do morza, a obecne przepisy wymagają kosztownych systemów wysypów, aby zapewnić odpowiednie rozcieńczenie soli. Konwersja solanki może być zatem zarówno ekonomicznie, jak i ekologicznie korzystna, zwłaszcza że odsalanie stale rośnie na całym świecie. "Bezpieczne dla środowiska odprowadzanie solanki jest możliwe do opanowania przy obecnej technologii, ale o wiele lepiej jest odzyskać zasoby z solanki i zmniejszyć ilość uwalnianej solanki", mówi Lienhard.

Metoda przekształcania solanki w użyteczne produkty wykorzystuje dobrze znane i standardowe procesy chemiczne, w tym początkową nanofiltrację w celu usunięcia niepożądanych związków, a następnie jeden lub więcej etapów elektrodializy w celu wytworzenia pożądanego produktu końcowego. Chociaż proponowane procesy nie są nowe, naukowcy przeanalizowali potencjał produkcji użytecznych chemikaliów z solanki i zaproponowali specjalną kombinację produktów i procesów chemicznych, które mogłyby zostać przekształcone w operacje handlowe w celu zwiększenia rentowności procesu odsalania, zmniejszając jednocześnie jego wpływ na środowisko.

"Ta bardzo skoncentrowana solanka musi być traktowana ostrożnie, aby chronić życie w oceanie, i jest to odpady zasobów, a to kosztuje energię, aby wypompować ją z powrotem do morza", więc przekształcenie go w użyteczny towar jest korzystne dla obu losów, mówi Kumar. A wodorotlenek sodu jest tak wszechobecną substancją chemiczną, że "każde laboratorium w MIT ma pewne", mówi, więc znalezienie rynków dla niego nie powinno być trudne.

Naukowcy omówili tę koncepcję z firmami, które mogą być zainteresowane kolejnym etapem budowy prototypu zakładu, aby pomóc w wypracowaniu rzeczywistej ekonomii tego procesu. "Jednym z dużych wyzwań jest koszt - zarówno koszt energii elektrycznej, jak i koszt sprzętu", na tym etapie, mówi Kumar.

Zespół nadal przygląda się możliwości wydobywania innych materiałów o niższym stężeniu ze strumienia solanki, mówi, w tym różnych metali i innych substancji chemicznych, co może sprawić, że przetwarzanie solanki stanie się jeszcze bardziej opłacalnym ekonomicznie przedsięwzięciem.

"Jeden aspekt, który został wymieniony ... i zdecydowanie rozbrzmiewała ze mną propozycja wspierania takich technologii w celu wsparcia bardziej "zlokalizowanej" lub "zdecentralizowanej" produkcji tych chemikaliów w punkcie użycia", mówi Jurg Keller, profesor gospodarki wodnej na University of Queensland w Australii, który nie był zaangażowany w tę pracę. "Może to mieć pewne poważne korzyści energetyczne i kosztowe, ponieważ wzrost koncentracji i transportu tych substancji chemicznych często dodaje więcej kosztów, a nawet większe zapotrzebowanie na energię niż rzeczywista produkcja tych w stężeniach, które są zwykle używane."

Zespół badawczy obejmował również MIT postdoc Katherine Phillips i licencjata Janny Cai i Uwe Schroder na Uniwersytecie w Braunschweig, w Niemczech. Prace zostały wsparte przez Cadagua, spółkę zależną Ferrovial, w ramach MIT Energy Initiative.