We weten dat overmatige consumptie, industriële activiteit en groei van de wereldbevolking zijn enkele van de factoren die de toegang tot drinkwater voor een steeds groter deel van de wereldbevolking bedreigen. Volgens UNESCO-cijfers uit 2012 bijna 700 miljoen mensen hebben beperkte toegang tot water - en dat aantal zou kunnen stijgen tot 1,8 miljard in 2025. Ontzilting en de behandeling van industrieel afvalwater kunnen grote hoeveelheden drinkwater produceren, en deze methoden worden al in veel landen en regio's gebruikt, zoals de Verenigde Arabische Emiraten, Saoedi-Arabië, China, Europa en de VS. Echter, bestaande systemen zijn kostbaar en verbruiken veel energie. Jef Ong, van EPFL's laboratorium voor anorganische synthese en katalyse, heeft een waterbehandelingsmachine ontwikkeld die de voordelen van alle belangrijke technologieën die momenteel worden gebruikt, combineert met verbeterde prestaties. Bijvoorbeeld, het prototype haalt meer dan 99,9 procent van het zout uit het zeewater met dezelfde doorvoer maar met minder energie. Het systeem wordt dit jaar in reële omstandigheden getest.

Doorvoer verhogen

De belangrijkste grootschalige ontziltingstechnologie die tegenwoordig wordt gebruikt, is omgekeerde osmose. Wanneer twee identieke vloeistoffen gescheiden door een semi-permeabel membraan een verschillende concentratie aan zout of andere mineralen hebben, degene met de laagste concentratie gaat door het membraan totdat elke vloeistof dezelfde concentratie heeft. Om dit natuurlijke proces om te keren en zo de hoeveelheid zoet water te maximaliseren, druk wordt uitgeoefend op de meer geconcentreerde vloeistof zodat deze door het filtratiemembraan naar de drinkwaterzijde stroomt. De techniek gebruikt relatief veel elektriciteit (ongeveer 4-5 kWh/m3) en de membranen verslechteren snel, net als andere componenten, afgesleten door minerale deeltjes. Ze moeten meerdere keren per jaar chemisch worden gereinigd en zeer vaak worden vervangen. "Dat resulteert in hoge onderhoudskosten voor producenten, " zegt Ong. Echter, het ontziltingsconcept dat door de EPFL-spin-off wordt gebruikt, maakt gebruik van membranen van inert hydrofoob materiaal, slijten minder snel en zijn goedkoop te recyclen.

Water verdampen met warmteterugwinningselementen

Om de zoutafscheiding te maximaliseren, waarbij het EPFL-prototype stijgt tot meer dan 99,9 procent, Ong heeft een reeks op verdamping gebaseerde ontziltingsmodules samengesteld. Om de belangrijkste zwakte van het systeem, het energieverbruik, aan te pakken, heeft hij verschillende verbeteringen aangebracht, waaronder interne warmteterugwinning en een efficiëntere warmteoverdracht. Door de druk te verminderen, het water kan aan de kook worden gebracht bij een temperatuur lager dan 80°C. De geproduceerde damp wordt afgekoeld en teruggewonnen als vers water. De rest van de vloeistof, die het resterende zout bevat, gaat in een andere cel met nog lagere druk, enzovoorts. Warmteterugwinningselementen worden gebruikt om het resterende zoutwater voor te verwarmen en te verdampen, zonder energie van buiten het systeem te gebruiken. In elke fase, de geproduceerde damp wordt afgekoeld en het resulterende zoete water wordt teruggewonnen. Het verse water wordt verwijderd met behulp van warmtewisselaars die zo zijn geplaatst dat het systeem wordt gekoeld. Door warmte te hergebruiken die anders verloren zou gaan, E-METS heeft een veel lagere ecologische voetafdruk dan een conventioneel thermisch systeem. "Deze principes van verdamping en koeling worden vaak gebruikt in de kernenergie-industrie, " legt Ong uit. "Wij zijn de eersten die het concept toepassen op het gebied van waterscheiding."

Zeer zout water behandelen

Recente verbeteringen in dit hybride prototype hebben ook geleid tot tijdwinst, omdat de doorvoer nu tot twee keer zo hoog is als die van omgekeerde osmose-systemen. In aanvulling, het nieuwe systeem heeft het voordeel dat het zeer hoge zoutconcentraties aankan - meer dan 200 g/l - wat twee keer zoveel is als standaard thermische scheidingstechnologieën en meer dan vier keer zoveel als omgekeerde osmose. Dergelijke hoge zoutconcentraties zijn te vinden, bijvoorbeeld, in de afvaloplossingen geproduceerd door omgekeerde-osmose-installaties.

De ontziltingsmarkt zal naar verwachting in 2025 $ 27,4 miljard waard zijn, met de water- en waterbehandelingsmarkt in het algemeen een waarde van $ 675 miljard. De opstart, Aqualife wereldwijd, is momenteel opgenomen om de E-METS-technologie te commercialiseren. Door de modulaire opbouw van het systeem kan het worden aangepast aan de hoeveelheid te behandelen water. Dit jaar, de mede-oprichters zijn van plan een versie te ontwikkelen die in een zeecontainer past, waardoor het gemakkelijk te vervoeren is en het kan worden opgesteld waar het het meest nodig is. Behalve voor het ontzilten van zeewater, het systeem kan worden aangesloten op omgekeerde osmose-installaties, hen te helpen grotere hoeveelheden ontzilt drinkwater te produceren. De mede-oprichters zien ook veel andere mogelijke toepassingen, zoals het behandelen van afvalwater van de mijnbouw - en meer specifiek voor lithiummijnbouw - en het verwijderen van zwavel uit afvalwater dat wordt geproduceerd door elektriciteitsopwekkingsbedrijven. Het systeem kan ook worden gebruikt voor de behandeling van afvalwater dat wordt geproduceerd door de agrovoedings- en olie- en gasindustrie.