In Bath is een apparaat ontwikkeld dat op een nieuwe manier zout uit water verwijdert. de weg vrijmaken voor kleine, ontziltingseenheden op zonne-energie

Onderzoekers van de Universiteit van Bath hebben een revolutionair ontziltingsproces ontwikkeld dat het potentieel heeft om mobiel, eenheden op zonne-energie.

Het proces is goedkoop, weinig energie en weinig onderhoud, en heeft het potentieel om veilig water te leveren aan gemeenschappen in afgelegen en door rampen getroffen gebieden waar zoet water schaars is.

Ontwikkeld door het Water Innovation and Research Centre van de universiteit in samenwerking met de Bogor Agricultural University in Indonesië en de University of Johannesburg, het prototype ontziltingseenheid is een 3D-geprint systeem met twee interne kamers die zijn ontworpen om zout te extraheren en/of te accumuleren. Wanneer stroom wordt toegepast, zoutkationen (positief geladen ionen) en zoutanionen (negatief geladen ionen) stromen tussen kamers door reeksen microgaatjes in een dun synthetisch membraan. De stroom kan maar in één richting plaatsvinden dankzij een mechanisme dat parallellen heeft in de technologie van mobiele telefoons. Als gevolg van deze eenrichtingsstroom, zout wordt uit zeewater gepompt. Dit in tegenstelling tot het klassieke ontziltingsproces, waar water in plaats van zout door een membraan wordt gepompt.

Ontzilting, die zeewater in zoet water verandert, is een essentieel proces geworden voor het leveren van drink- en irrigatiewater waar zoet water schaars is. traditioneel, het was een energie-intensief proces dat werd uitgevoerd in grote industriële installaties.

Professor Frank Marken van het departement Scheikunde zei:"Er zijn momenten waarop het enorm voordelig zou zijn om kleine, ontziltingsinstallaties op zonne-energie om een ​​klein aantal huishoudens te bedienen. Grote industriële waterinstallaties zijn essentieel voor het leven in de 21e eeuw, maar ze helpen niet als je op een afgelegen plek woont waar drinkwater schaars is, of waar er een kustramp is die de zoetwatervoorziening wegvaagt."

Het Bath-ontziltingssysteem is gebaseerd op 'ionics, " waarbij een kationische diode (een negatief geladen, semi-permeabel membraan bezaaid met microscopisch kleine poriën) wordt gecombineerd met een anionische weerstand (een apparaat dat alleen de stroom van negatieve ionen toelaat wanneer stroom wordt toegepast).

"Dit komt neer op een heel nieuw proces voor het verwijderen van zout uit water, " zei Prof Marken. "Wij zijn de eerste mensen die kleine micron-sized diodes gebruiken in een ontziltingsprototype."

Hij voegde eraan toe:"Dit is een energiezuinig systeem zonder bewegende delen. Andere systemen gebruiken enorme druk om het water door nanoporiën te duwen, maar we verwijderen alleen de zouten. Het meest intrigerende, de externe pompen en schakelaars kunnen worden vervangen door microscopisch kleine processen in het membraan - een beetje zoals biologische membranen werken."

Een ander voordeel van de Bath-ontziltingseenheid is dat het ook het tegenovergestelde proces mogelijk maakt - de opconcentratie van zout - waardoor afval wordt geminimaliseerd. Het afgescheiden zout kan worden gekristalliseerd en vervolgens worden gebruikt, eventueel als voedingssupplement of ontdooid middel. De meeste andere ontziltingsprocessen pompen zout in de vorm van pekel terug in zee, het mariene ecosysteem te verstoren.

Gaat allemaal goed, Prof. Marken denkt dat zijn afdeling binnen vijf jaar een werkende mobiele ontziltingsinstallatie kan uitrollen. Eerst, echter, het team moet robuustere materialen en medewerkers vinden om de uitvinding te verfijnen en op te schalen. Het proof-of-concept prototype is momenteel in staat om 50% van het zout uit een zoutwatermonster te verwijderen, maar om zeewater drinkbaar te maken, het zoutgehalte moet met 90% worden verlaagd.

Budi Riza Putra, de scheikunde Ph.D. student die het project leidde, zei:"We moeten nieuwe en betere poreuze materialen vinden die ionen kunnen pompen. Membraandikte, porieaantal en poriediameter moeten allemaal worden geoptimaliseerd. We hopen materiaalexperts te vinden die ons hierbij kunnen helpen."

In hun zoektocht naar nieuwe membranen, de onderzoekers hebben hun aandacht gericht op biologische materialen. Samen met Dr. Katarzyna Szot-Karpińska en haar groep aan de Poolse Academie van Wetenschappen in Warschau, ze denken dat zij de eerste onderzoekers zijn die met succes bacteriofagen (virussen die bacteriën infecteren en zich vermenigvuldigen) gebruiken om een ​​film te maken die in staat is zout van water te scheiden.

"Onze bacteriofaag (genaamd M13) lijkt op spaghetti, maar is een miljoen keer kleiner, " legt de heer Riza Putra uit. "Als we de omstandigheden een beetje zuur maken, de nano-spaghetti strengen plakken aan elkaar, het creëren van een dunne film met kleine gaatjes. Toen we dit materiaal testten als een membraan voor ontzilting, we ontdekten dat het werkte - het begon te werken als een diode, ionen slechts in één richting pompen."

Hij voegde eraan toe:"Voor ons, niemand dacht eraan om virussen te gebruiken als membranen voor ontzilting van water."

Echter, terwijl M13 potentieel toont als een membraanpomp voor waterontzilting, het is niet volmaakt. "Het substraat desintegreert naarmate de zoutconcentraties stijgen en bij neutrale pH, " legt prof Marken uit. "Dus, of we vinden een manier om de semi-permeabiliteit van het bacteriofaagmateriaal te verbeteren, of we moeten een andere, meer robuuste ionische diodemembraanalternatieven."