In waterarme landen is het omzetten van zeewater in zoet water belangrijk. Voor dat proces is bepaalde geladen deeltjes - bekend als ionen - moeten uit het water worden verwijderd. Echter, sommige ionen zijn vanwege hun chemische eigenschappen moeilijk uit water te verwijderen. Recent onderzoek door wetenschappers uit Israël en Nederland helpt dit ionenverwijderingsproces te verbeteren.

De onderzoekers konden het gedrag van boorionen tijdens de waterverwerking voorspellen en zo de verwijdering ervan vereenvoudigen. Het onderzoek is online beschikbaar op de Proceedings van de National Academy of Sciences ( PNAS ). Veel schadelijke of waardevolle ionen in zeewater, brak water of zoet water zijn amfoteer:hun eigenschappen variëren met de pH. "Het is moeilijk om deze deeltjes uit het water te verwijderen met standaard membraantechnologieën, " zegt Jouke Dykstra, Universitair docent bij de afdeling Milieutechnologie van Wageningen University &Research. "Je moet dan bepaalde chemicaliën toevoegen om de pH te beheersen. Maar dat willen we zoveel mogelijk vermijden:er is een sterke trend om minder chemicaliën te gebruiken."

Ontzilting van zeewater

Als een voorbeeld van dit ionenverwijderingsproces, Dykstra verwijst naar de ontzilting van zeewater. Dit gebeurt wereldwijd op locaties met een tekort aan zoet water. Bijvoorbeeld, veel landen rond de Middellandse Zee gebruiken ontzilt zeewater voor irrigatie. "Maar zeewater bevat ook boor, dat in hoge concentraties giftig is en de plantengroei remt. Blijkbaar, dit is een probleem voor irrigatie, en daarom zoeken we naar nieuwe manieren om borium- en andere ionen uit zeewater te halen.” Door droogte wordt in veel regio’s ontzilting steeds belangrijker. , niet alleen in de Middellandse Zee en het Midden-Oosten, maar ook in Nederland."

Wageningse onderzoekers werken aan deze uitdaging samen met collega's van Technion, het Israel Institute of Technology, en van Wetsus, het European Centre of Excellence for Sustainable Water Technology in Leeuwarden. Samen hebben ze een nieuw theoretisch model ontwikkeld van het gedrag van boor tijdens een proces dat capacitieve deïonisatie wordt genoemd. Dit is een opkomende, membraanloze techniek voor waterbehandeling en ontzilting met behulp van microporeuze, doorstroomelektroden Wanneer een elektrische stroom wordt aangelegd, ionen worden aan de elektroden geadsorbeerd en zo uit het water verwijderd. Dykstra:"We hebben als eersten een theoretisch model ontwikkeld waarmee we dit gedrag kunnen voorspellen en in ons voordeel kunnen gebruiken."

Geheel nieuw ontwerp

De Israëlische en Nederlandse onderzoekers ontdekten dat zulke systemen een compleet nieuw ontwerp vergen. Bijvoorbeeld, ze hebben zowel theoretisch als experimenteel aangetoond dat het water van de positieve naar de negatieve elektrode moet stromen, en niet andersom zoals nu gebruikelijk is. "Ons onderzoek heeft aangetoond dat een goed theoretisch model essentieel is om dergelijke complexe chemische processen effectief te beheersen, " besluit Dykstra. "Deze aanpak biedt veel interessante mogelijkheden. U kunt dit model ook gebruiken voor andere uitdagingen op het gebied van afvalwaterbehandeling, inclusief het verwijderen van arseen of kleine organische moleculen, zoals medicijnresten of herbiciden."