Ontzilting: de dorst verlichten

Vanaf de jaren 1900 kwamen ongeveer 11 miljoen mensen om als gevolg van de wijdverspreide gevolgen van droogte. Droogte – een periode met minder dan gemiddelde neerslag in een regio – is een groeiend wereldwijd probleem. Gevolgen zijn onder meer dalende zoetwaterstanden, hongersnood en ziekten.

Betekenis van ontzilting op wereldschaal

Om een ​​groeiende bevolking te ondersteunen, wordt er onderzoek gedaan naar het ontwikkelen van een oplossing voor deze problemen. Grondwaterboringen en hergebruik van afvalwater zijn voorbeelden van tijdelijke oplossingen. Een van deze oplossingen is ontzilting. Ontzilting is het proces waarbij zout water door een membraan wordt geperst door middel van omgekeerde osmose, waarbij zoet water wordt gescheiden van onzuiverheden. Hoewel het wordt gebruikt in plaatsen als Israël en Californië, moet ontzilting nog worden gebruikt door de rest van de wereld vanwege de reputatie van enorm energieverbruik.

Een benadering om de kosten te verlagen is het vervangen van het primaire materiaal dat in het constructiemembraan wordt gebruikt door een relatief goedkoop materiaal dat polyamide wordt genoemd. Helaas komt deze vervanging met een andere prijs. Het is bekend dat chloor een chemische stof is die aanwezig is bij de zuivering van water om bacteriën te vernietigen, maar contact met polyamide tast het membraan aan. Om degeneratie te voorkomen, wordt de extractie van chloor een extra stap in het ontziltingsproces. Wanneer chloor echter afwezig is, kunnen er microben ontstaan ​​die de waterstroom belemmeren.

Een mogelijke oplossing is om polyamide te vervangen door grafeenoxide. Het samengestelde grafeen heeft een structuur die lijkt op de honingraat. Er wordt voorspeld dat dit materiaal meer waterdoorlatend zal zijn en daarom de druk zal verminderen die nodig is om de waterstroom te dicteren.

MIT-materiaalwetenschappers, Jeff Grossman, Shreya Dave en collega's gebruiken deze verbinding in hun onderzoek. Grafeenvlokken, die van stukjes grafiet worden gestript, worden in water geplaatst. De vloeistof wordt vervolgens via vacuümfiltratie weggezogen, waarbij vellen als restanten achterblijven. Residuen worden samengevoegd tot brokken door koolstof- en zuurstofatomen te binden. Deze versmelting wordt gewijzigd om ruimtes tussen de vlokken groot genoeg te maken om de stroom van watermoleculen mogelijk te maken, terwijl zout en andere onzuiverheden worden gehinderd. Het is bewezen dat de watermoleculen gemakkelijker door het grafietmembraan gaan dan het polyamide. Er wordt ook geconcludeerd dat dit materiaal de energiebehoefte verder kan verminderen door minder weerstand tegen watermoleculen, hoewel deze hypothese nog moet worden getest. Bovendien wijken de kosten van grafeenoxide niet enorm af van de prijs van polyamide.

Toepassing van ontzilting in Israël

Een paar jaar geleden werd Israël geconfronteerd met een ernstig droogteprobleem – het ergste in 900 jaar. Om de drogere landen te bestrijden, onderzocht Israël een nationale campagne om waterbehoud te waarborgen. In 2007 werden toiletten en douchekoppen met een laag debiet in gebruik genomen en werd water uit afvoersystemen gerecycled voor irrigatie. De grootste verbetering kwam echter na de implementatie van ontziltingsinstallaties. Zo werd de ontziltingsinstallatie van Sorek in oktober 2013 in gebruik genomen. Deze bevindt zich vijftien kilometer ten zuiden van Tel Aviv en is de grootste ontziltingsinstallatie voor omgekeerde osmose ter wereld.

Na de onder druk staande waterstroom is een veelvoorkomend probleem bij het ontziltingsproces de kosten van het reinigen van verstopte poriën van achtergebleven moleculen. Edo Bar-Zeev en collega's van het Israëlische Zuckerberg Institute for Water Research hadden een opmerkelijke ontdekking om de scheiding tussen water en verontreinigingen te verbeteren. Zij brachten poreuze lavasteen in gebruik waarmee wordt voorkomen dat micro-organismen in contact komen met de membranen. Deze technologie verbeterde de prestaties van ontziltingsinstallaties. Nu is 55 procent van het huishoudelijk water afkomstig van ontziltingsinstallaties.

Aluminium schijven - levering aan ontwikkelingslanden

Verder onderzoek neigt naar alternatieve materialen zoals koolstofnanobuisjes als membraan. Het onderliggende probleem voor het integreren van dergelijke bevindingen zijn de kosten. De toepassing van dergelijke processen moet op mondiaal niveau worden bekeken. Er zijn landelijke gebieden over de hele wereld die minder ontwikkeld zijn en misschien niet over de middelen beschikken om ontziltingsinstallaties te ontwikkelen om andere gebieden te verzorgen.

Om een ​​dergelijke uitdaging het hoofd te bieden, werkten Jia Zhu van de Nanjing University in China en collega's aan alternatieve energiebronnen, zoals de zon. Maar alleen afhankelijk zijn van direct contact met de zon is beperkend. Er wordt onderzoek gedaan naar het gebruik van absorbeerbare materialen om de hoeveelheid energie uit zonlicht te verhogen. Een mogelijke oplossing is het gebruik van aluminium schijven die meer dan 96 procent van het zonlicht absorberen – waarvan 90 procent wordt gebruikt bij de vorming van waterdamp. Ook aan de drinknormen wordt op deze manier voldaan. Indien geïmplementeerd, is aluminium een ​​goedkoop materiaal en kan het water produceren met dezelfde snelheid als ontziltingsinstallaties. Door het zuivere gedestilleerde water na verdamping is echter de afwezigheid van mineralen als magnesium en calcium een ​​gevolg. Dit dient dus als een tijdelijke oplossing, maar mag op de lange termijn niet worden gebruikt.