Premena odsoľovania odpadu na užitočný zdroj

Proces vyvinutý na MIT by mohol premeniť koncentrovaný soľný roztok na užitočné chemikálie, čím by sa zefektívňuje odsoľovanie.

David L. Chandler | Mit Spravodajská kancelária

TLAČOVÉ OTÁZKY

Popis:

Prímorské odsoľovacie zariadenia, ako je táto, zvyčajne vypúšťajú veľké objemy koncentrovaného soľného roztoku späť do mora. Výskumníci MIT ukázali, že namiesto toho by sa veľká časť tohto odpadu mohla zmeniť na užitočné chemikálie.

Popis:

Ilustrácia znázorňuje potenciál navrhovaného procesu. Soľný roztok, ktorý by sa mohol získať z toku odpadu zariadení na odsoľovanie reverznej osmózy (RO) alebo z priemyselných zariadení alebo operácií ťažby soli, sa môže spracovať tak, aby sa získali užitočné chemikálie, ako je hydroxid sodný (NaOH) alebo kyselina chlorovodíková (HCl).

Kredity:

Ilustrácia zdvorilosť výskumníkov

Predchádzajúci obrázok Ďalší obrázok

Rýchlo rastúci priemysel odsoľovania produkuje vodu na pitie a na poľnohospodárstvo v vyprahnutom pobrežnom regiónoch sveta. Ako odpadový produkt však zanecháva veľa vysoko koncentrovaného soľného nálevu, ktorý sa zvyčajne likviduje jeho vysypávaním späť do mora, čo je proces, ktorý si vyžaduje nákladné čerpacie sústavy a ktorý sa musí starostlivo riadiť, aby sa zabránilo poškodeniu morských ekosystémov. Inžinieri z MIT hovoria, že našli lepší spôsob.

V novej štúdii ukazujú, že pomerne jednoduchým procesom sa odpadový materiál môže premeniť na užitočné chemikálie – vrátane tých, ktoré môžu zefektívniť samotný proces odsoľovania.

Tento prístup sa môže okrem iných výrobkov použiť na výrobu hydroxidu sodného. Inak známy ako žianový sóda, hydroxid sodný sa môže použiť na predúpravu morskej vody, ktorá ide do odsoľovacieho závodu. To mení kyslosť vody, čo pomáha zabrániť zanášaniu membrán používaných na odfiltrovanie slanej vody - hlavná príčina prerušení a porúch v typických zariadeniach na odsoľovanie reverznej osmózy.

Koncept je dnes popísaný v časopisePríroda Katalýzaa v dvoch ďalších dokumentoch výskumného vedca MIT Amita Kumara, profesora strojárstva Johna. H. Lienhard V, a niekoľko ďalších. Lienhard je jameelský profesor vody a potravín a riaditeľ laboratória Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab.

"Samotný odsoľovacie odvetvie používa pomerne veľa," hovorí Kumar o hydroxide sodný. "Kupujú ho, míňajú na to peniaze. Takže ak to dokážete urobiť in situ v závode, mohlo by to byť veľkou výhodou." Množstvo potrebné v samotnom závode je oveľa menšie ako celkové množstvo, ktoré by sa mohlo vyrábať zo soľného roztoku, takže existuje aj potenciál, aby sa mohol predávať výrobok.

Hydroxid sodný nie je jediný produkt, ktorý sa môže vyrábať z odpadového soľného roztoku: Ďalšou dôležitou chemikáliou používanou odsoľovacie zariadenia a mnohými ďalšími priemyselnými procesmi je kyselina chlorovodíková, ktorá sa dá ľahko vyrábať aj na mieste z odpadového soľného roztoku pomocou zavedených chemických spracovateľských metód. Chemikália môže byť použitá na čistenie častí odsoľovacieho závodu, ale je tiež široko používaná pri chemickej výrobe a ako zdroj vodíka.

V súčasnosti svet produkuje viac ako 100 miliárd litrov (asi 27 miliárd galónov) denne vody z odsoľovania, čo zanecháva podobný objem koncentrovaného soľného roztoku. Veľká časť z toho sa vyčerpáva späť do mora a súčasné nariadenia si vyžadujú nákladné systémy odpadu, aby sa zabezpečilo primerané riedenie solí. Premena soľného roztoku tak môže byť ekonomicky aj ekologicky prospešná, najmä preto, že odsoľovanie na celom svete naďalej rýchlo rastie. "Ekologicky bezpečné vypúšťanie soľného nálevu je zvládnuteľné súčasnou technológiou, ale je oveľa lepšie získať zdroje zo soľného roztoku a znížiť množstvo uvoľneného soľného roztoku," hovorí Lienhard.

Metóda premeny soľného nálevu na užitočné výrobky využíva známe a štandardné chemické procesy vrátane počiatočnej nanofiltrácie na odstránenie nežiaducich zlúčenín, po ktorých nasleduje jedna alebo viac fáz elektrodialýzy na výrobu požadovaného koncového produktu. Hoci navrhované procesy nie sú nové, výskumníci analyzovali potenciál výroby užitočných chemikálií zo soľného nálevu a navrhli špecifickú kombináciu výrobkov a chemických procesov, ktoré by sa mohli premieriť do komerčných operácií s cieľom zvýšiť ekonomickú životaschopnosť procesu odsoľovania a zároveň znížiť jeho vplyv na životné prostredie.

"S týmto veľmi koncentrovaným soľnom roztokom sa musí zaobchádzať opatrne, aby sa ochránil život v oceáne, a je to odpad zo zdrojov a stojí to energiu, aby sme ho napumpovali späť do mora," takže jeho premena na užitočnú komoditu je o win-win, hovorí Kumar. A hydroxid sodný je taká všadeprítomná chemikália, že "každé laboratórium na MIT má nejaké," hovorí, takže nájsť trhy pre to by nemalo byť ťažké.

Výskumníci diskutovali o tejto koncepcii so spoločnosťami, ktoré by mohli mať záujem o ďalší krok výstavby prototypu závodu, ktorý by pomohol zistiť skutočnú ekonomiku procesu. "Jednou z veľkých výziev sú náklady – náklady na elektrickú energiu aj náklady na vybavenie," hovorí Kumar.

Tím tiež naďalej hľadá možnosť ťažby iných materiálov s nižšou koncentráciou z prúdu soľného roztoku, vrátane rôznych kovov a iných chemikálií, čo by mohlo urobiť spracovanie soľného roztoku ešte ekonomicky životaschopnejším podnikom.

"Jeden aspekt, ktorý bol spomenutý ... a silne so mnou rezonoval návrh, aby takéto technológie podporovali "lokalizovanejšiu" alebo "decentralizovanejšiu" výrobu týchto chemikálií v mieste použitia," hovorí Jurg Keller, profesor vodného hospodárstva na University of Queensland v Austrálii, ktorý sa na tejto práci nepodietal. "To by mohlo mať určitý významný energetický a nákladový prínos, pretože koncentrácia a preprava týchto chemikálií často zvyšuje náklady a ešte vyšší dopyt po energii ako ich skutočná výroba v koncentráciách, ktoré sa zvyčajne používajú."

Výskumný tím zahŕňal aj MIT postdokurómu Katherine Phillipsovú a vysokoškoláka Jannyho Caia a Uweho Schrodera na Univerzite v Braunschweigu v Nemecku. Prácu podporila spoločnosť Cadagua, dcérska spoločnosť spoločnosti Ferrovial, prostredníctvom energetickej iniciatívy MIT.