Day Zero:het damniveau zakt onder de veilige limieten en de watervoorziening van de stad wordt afgesloten. Het klinkt als een apocalyptische nachtmerrie, maar voor inwoners van Kaapstad in Zuid-Afrika wordt het snel realiteit. Voor droogtegevoelige landen zoals Australië, het is ook niet onvoorspelbaar. Nieuwe ontwikkelingen in ontzilting, echter, bieden alternatieve oplossingen voor waterzekerheid en voor de winning van waardevolle schaarse mineralen.

Zoet water is een levensbehoefte. Het is gemakkelijk om te denken dat water altijd overvloedig zal zijn, aangezien het 70 procent van onze planeet bedekt. Nog, toegang tot drinkwater is voor velen een uitdaging. tegen 2025, de Verenigde Naties verwachten dat 1,8 miljard mensen te maken zullen krijgen met waterschaarste. Dit komt omdat slechts drie procent van het water in de wereld zoet water is en veel landen te maken hebben met ernstige droogte.

De dreigende watercrisis in Kaapstad is veroorzaakt door drie jaar lang weinig regen, in combinatie met de toenemende consumptie van een groeiende bevolking. Kaapstad zou de eerste grote stad in de moderne geschiedenis kunnen worden die zonder water komt te zitten.

Ontzilting wordt steeds meer gezien als een belangrijke oplossing voor waterschaarste, vooral in droge continenten zoals Australië. Ontzilting omvat het verwijderen van zouten en andere opgeloste mineralen uit zeewater of brak water (dat is water dat niet zoet, maar is ook niet zo zout als zeewater).

momenteel, omgekeerde osmose en thermische processen zijn de meest gebruikte ontziltingstechnieken. Hoewel ze zeer volwassen zijn en in de loop der jaren in prestaties zijn geëvolueerd, ze hebben nog geen ongrijpbare duurzaamheidsdoelen bereikt.

Waarom? Beide vragen veel energie, duur bouwmateriaal nodig, zijn chemisch intensief, beperkt door membraanvervuiling en corrosie, en produceren geconcentreerde afvalstromen. De nadelige milieu-impact van geconcentreerde afvalstroom (pekel)lozing baart grote zorgen.

Dat komt omdat de verwijdering van het geconcentreerde pekelafval op het land leidt tot langdurige gevoeligheid voor vervuiling van oppervlakte- en grondwaterbronnen. Het alternatief, het lozen van de afvalpekel (die veel zout en andere chemicaliën bevat) terug in zee vereist uitgebreide verdunning en de installatie van honderden meters offshore onderzeese pijpleidingen om eventuele nadelige effecten op in het water levende organismen te verminderen.

Ontzilting door bevriezing, echter, wordt gemotiveerd door natuurlijk zeewaterfenomeen:ijs gemaakt van zout water is zoutvrij. De inherente voordelen van vriesontzilting zijn dat het lage kosten heeft, relatief eenvoudig en vrij van chemicaliën. Echter, ijs scheiden van zoutoplossing om zoutvrij water te verkrijgen blijft een uitdaging.

Mijn onderzoek is momenteel gericht op het vinden van een geschikte vloeistof die ijs en zout water efficiënt scheidt op basis van de zwaartekracht van de vloeistof. Dit maakt de productie van zoet water uit ijs mogelijk.

steevast, de hoge bevriezingsenergiebehoefte van vriesontzilting, van -8 graden Celsius tot -15 graden Celsius is een grote beperking. Een haalbare optie hierbij is het verkrijgen van 'gratis energie' uit verdampingsinstallaties voor vloeibaar aardgas (LNG). Dit is vooral relevant in de Australische context vanwege de substantiële groei van de LNG-productie.

Aardgas wordt omgezet in LNG door compressie en koeling tussen -160 graden Celsius en -200 graden Celsius. Vriesontzilting kan worden gekoppeld aan de LNG-koelmiddelbron, aangezien de meeste LNG-installaties aan de kust staan. Koppeling van centrales zou voordelig zijn voor veel landen die tegelijkertijd LNG importeren en kampen met waterschaarste.

Als waterschaarste bijt, de drang om natuurlijke hulpbronnen te behouden neemt ook toe. Vooral de focus op het 'ontginnen' van waardevolle hulpbronnen uit zeewater en zijn pekelafvalstromen wordt scherper.

Zeewater bevat bijna alle chemische elementen die aanwezig zijn in het periodiek systeem, beginnend met de meest voorkomende zoals natrium, magnesium, calcium, sulfaat en kalium tot waardevolle elementen bij lage concentraties zoals strontium, lithium, uranium en rubidium.

Volgens de Australische Mineral Resource Assessment in 2013 strontium, magnesium, en lithium lopen een relatief hoog kritisch risico. Strontium heeft een recyclingpercentage van minder dan 10 procent en wordt gebruikt in keramiek, glas- en pyrotechnische industrie, ceramische ferrietmagneten, vuurwerk, fosforescerende pigmenten, fluorescerende lichten, en in de olie- en gasindustrie als boorspoeling. De belangrijkste toepassingen van magnesium zijn aluminium, staal, chemische en bouwmaterialen, en kunstmest.

De aanwezigheid van deze elementen in zeewater kennen is één ding; ze terugkrijgen is iets heel anders.

De economisch bruikbare elementen in zeewater zijn over het algemeen in relatief lage concentraties aanwezig. Bijvoorbeeld, de economisch waardevolle rubidium kost maar liefst $ 12, 505 per kilo, maar is alleen aanwezig in lage concentraties van 0,2 tot 0,3 milligram per liter. De hoge economische waarde van rubidium wordt toegeschreven aan de toepassing ervan in nieuwe technologiegebieden van glasvezeltelecommunicatiesystemen, halfgeleiders, fabricage van monolithische lasers, gasabsorbers in vacuümbuizen, en voor diverse medische onderzoeken.

Daarom is mijn onderzoek in Australië met mijn begeleider, Directeur van de School of Civil and Environmental Engineering Saravanamuth Vigneswaran, is ook gewijd aan de extractie van rubidium uit zeewaterpekel. Ik kijk hoe we geïntegreerde membraanprocessen en selectieve nieuwe ionenuitwisselingsabsorbentia kunnen gebruiken om tegelijkertijd zoet water te produceren en rubidium te extraheren.

Het terugwinnen van waardevol rubidium zou niet alleen de industrie helpen, het zou mogelijk ook de bedrijfskosten voor de ontzilting van zeewater en het bijbehorende pekelbeheer kunnen compenseren. Het zal ook, Hopelijk, maak het voor overheid en bedrijfsleven makkelijker om te zien dat duurzaamheid echt een zaak van iedereen is.