Taiwan kampt al tientallen jaren met watertekorten - en de omgeving van Chicago kan ze binnen de komende 20 jaar te maken krijgen als aquiferniveaus voor bronwaterdaling, terwijl het watergebruik van de Grote Meren wordt beperkt door een interstatelijk compact.

Nu de droogte wereldwijd verslechtert als gevolg van de opwarming van de aarde, verbeterde waterbesparings- en efficiëntiesystemen worden steeds noodzakelijker. Nationale Universiteit van Taiwan (NTU), een prestigieuze onderzoeksinstelling in Taipei, probeert de kracht van de internationale wetenschappelijke gemeenschap hier en wereldwijd te benutten om steden naar een duurzamere toekomst te stuwen.

Het Dragon Gate-programma van de National Taiwan University, in samenwerking met Argonne National Laboratory ten westen van Chicago, en Northwestern University zijn baanbrekende technologieën voor waterterugwinning en hergebruik. Een daarvan is een filtratiesysteem dat schoon water produceert uit zout water of afvalwater. Het project gaat zijn derde jaar in.

Yupo Lin, een elektrochemisch ingenieur bij ANL, leidt het onderzoeksteam om een ​​filtratietechnologie genaamd Resin Wafer Electrodeionization (RW-EDI) op te schalen. Het proces zuivert afvalwater door het door een reeks poreuze ionenuitwisselingsmembranen met aan weerszijden een elektrisch veld te duwen. Het resultaat is een energiezuinige en economisch haalbare aanpak van waterwinning, zei Lin.

"We hebben niet veel natuurlijke hulpbronnen in Taiwan, "zei Lin. Tot nu toe, het Argonne RW-EDI-proces is alleen als proefprogramma gedemonstreerd. Maar het team hoopt binnenkort systemen te creëren die commercieel kunnen worden gebruikt en de waterefficiëntie op grote schaal kunnen verbeteren. Er zijn plannen om precies dat te doen.

"We doen dit onderzoek om de problemen op te lossen waarmee Zuid-Taiwan wordt geconfronteerd, "Zei postdoctoraal fellow Ming-Huang Wang. "We willen een veelzijdige technologie creëren."

Wang werkt samen met het Carbon Cycle Research Center van NTU, maar brengt nu 10 maanden door in de Energy Systems Division bij ANL, waar hij samen met Lin werkt aan technologieën voor hergebruik van water die in Taiwan en elders kunnen worden toegepast als watertekorten zich verspreiden als gevolg van klimaatverandering.

RW-EDI zuivert afvalwater niet voor zover het drinkbaar is. Echter, het brakke of halfzuivere water dat wordt gewonnen, kan nog steeds voor tal van doeleinden worden gebruikt.

"We hebben de neiging om te denken dat het meeste water dat wordt gebruikt, is wat mensen drinken, maar dat is niet waar, " zei Aaron Packman, hoogleraar civiele en milieutechniek aan de Northwestern University. Hij werkt samen met Lin, Argonne, en NTU op het RW-EDI-project. "Een van de strategieën waar we naar kijken, is proberen het drinkwater te scheiden van het gebruik van industrieel water, " zei hij. De technologie zou verbindingen kunnen verwijderen die problematisch zijn voor de industrie om water te produceren dat kan worden gebruikt voor koeling en andere doeleinden.

"Je hoeft water niet te behandelen volgens de drinknormen als het voor industriële doeleinden wordt gebruikt, " zei Pakman, onderdeel van het Northwestern-Argonne Institute for Science and Engineering. "Er zijn manieren om efficiënter te zijn."

Omdat elektriciteitscentrales de grootste waterverbruikers in de VS zijn, het gebruik van efficiëntere bronnen voor koelwater zou een aanzienlijke impact hebben op de watervoorziening. Het is moeilijk voor te stellen dat een plaats als Chicago, die pal naast Lake Michigan ligt, ooit met watertekorten te maken kunnen krijgen, maar schattingen geven aan dat de industriële en economische ontwikkeling in de stad binnen de komende 20 jaar beperkt zou kunnen zijn. "Als we een manier vinden om het afvalwater te hergebruiken dat een enorme hoeveelheid nieuw ontwikkelingspotentieel opent, ' zei Pakman.

Het NTU-ANL-NU-partnerschap en het Dragon Gate-programma hebben wetenschappers van beide instellingen kansen gecreëerd om bij te dragen aan technologieën die het beheer van hulpbronnen kunnen verbeteren, niet alleen in Chicago en Taipei, maar over de hele wereld.

Een consortium van wereldwijde wetenschappers zal op 5 en 6 augustus bijeenkomen op een conferentie die wordt georganiseerd door NTU om de mogelijkheden voor nieuwe internationale samenwerkingen te verkennen. Het symposium richt zich op schone watertechnologieën, de vitale schakels tussen stedelijk voedsel, energie- en watervoorziening, en groene infrastructuur. Lin en Packman zullen deze onderwerpen behandelen tijdens het symposium, samen met Seth Snyder, een professor werktuigbouwkunde aan de Northwestern, en wetenschappers van verschillende instellingen.

"We streven naar geïntegreerde water-energieoplossingen, waaronder een mix van technologische innovatie en integratie van technische systemen met natuurlijke systemen, " zei Packman. De samenwerking tussen vooraanstaande wetenschappers op dit gebied zou de vindingrijkheid kunnen produceren die steden in staat zal stellen te blijven functioneren, aangezien schaarste van hulpbronnen een meer onmiddellijke bedreiging wordt.