At omdanne afsaltningsaffald til en nyttig ressource

Proces udviklet ved MIT kunne gøre koncentreret saltvand til nyttige kemikalier, hvilket gør afsaltning mere effektiv.

David L. Chandler|MIT News Office

PRESSE FORESPØRGSELER

Billedtekst:

Afsaltningsanlæg ved havet som denne udleder typisk store mængder koncentreret saltlage tilbage i havet. MIT-forskere har vist, at meget af dette affald i stedet kunne omdannes til nyttige kemikalier.

Billedtekst:

Illustration skildrer potentialet i den foreslåede proces. Saltvand, som kunne opnås fra affaldsstrømmen fra afsaltningsanlæg med omvendt osmose (RO) eller fra industrianlæg eller saltminedrift, kan behandles til opnåelse af nyttige kemikalier såsom natriumhydroxid (NaOH) eller saltsyre (HCI).

Kreditter:

Illustration med tilladelse til forskerne

Forrige billedeNæste billede

Den hurtigt voksende afsaltningsindustri producerer vand til drikkevand og til landbrug i verdens tørre kystregioner. Men det efterlader meget affaldsprodukt meget højt koncentreret saltlage, som normalt bortskaffes ved at dumpe det tilbage i havet, en proces, der kræver dyre pumpesystemer, og som skal styres omhyggeligt for at forhindre skader på marine økosystemer. Nu siger ingeniører hos MIT, at de har fundet en bedre måde.

I en ny undersøgelse viser de, at affaldsmaterialet gennem en ret simpel proces kan omdannes til nyttige kemikalier - inklusive dem, der kan gøre afsaltningsprocessen mere effektiv.

Fremgangsmåden kan blandt andet anvendes til at producere natriumhydroxid. Ellers kendt som kaustisk soda, kan natriumhydroxid bruges til at forbehandle havvand, der går ind i afsaltningsanlægget. Dette ændrer surheden i vandet, hvilket hjælper med at forhindre tilsmudsning af de membraner, der bruges til at filtrere det salte vand ud - en væsentlig årsag til afbrydelser og svigt i typiske afsaltningsanlæg til omvendt osmose.

Konceptet er beskrevet i dag i tidsskriftetNaturkatalyseog i to andre artikler af MIT-forsker Amit Kumar, professor i maskinteknik John. H. Lienhard V og flere andre. Lienhard er Jameel-professor i vand og mad og direktør for Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab.

"Afsaltningsindustrien bruger i sig selv en hel del af det," siger Kumar om natriumhydroxid. ”De køber det og bruger penge på det. Så hvis du kan få det til på stedet på planten, kan det være en stor fordel. ” Den nødvendige mængde i selve planterne er langt mindre end den samlede mængde, der kunne produceres fra saltlage, så der er også potentiale for, at det er et salgbart produkt.

Natriumhydroxid er ikke det eneste produkt, der kan fremstilles af affaldsopløsningen: Et andet vigtigt kemikalie, der anvendes af afsaltningsanlæg og mange andre industrielle processer, er saltsyre, som også let kan fremstilles på stedet fra affaldsopløsningen ved hjælp af etablerede kemiske behandlingsmetoder. Kemikaliet kan bruges til at rense dele af afsaltningsanlægget, men bruges også i vid udstrækning til kemisk produktion og som en kilde til brint.

I øjeblikket producerer verden mere end 100 milliarder liter (ca. 27 milliarder liter) om dagen med vand fra afsaltning, hvilket efterlader et lignende volumen koncentreret saltvand. Meget af dette pumpes tilbage til havet, og de nuværende regler kræver dyre afløbssystemer for at sikre tilstrækkelig fortynding af saltene. Konvertering af saltlage kan således være både økonomisk og økologisk fordelagtig, især da afsaltning fortsætter med at vokse hurtigt rundt om i verden. ”Miljøsikker udledning af saltlage kan håndteres med den nuværende teknologi, men det er meget bedre at genvinde ressourcer fra saltlage og reducere mængden af ​​frigivet saltlage,” siger Lienhard.

Metoden til omdannelse af saltopløsningen til nyttige produkter anvender velkendte og standardiserede kemiske processer, herunder indledende nanofiltrering til fjernelse af uønskede forbindelser efterfulgt af et eller flere elektrodialysetrin for at producere det ønskede slutprodukt. Mens de foreslåede processer ikke er nye, har forskerne analyseret potentialet for produktion af nyttige kemikalier fra saltlage og foreslået en specifik kombination af produkter og kemiske processer, der kunne omdannes til kommercielle operationer for at øge den økonomiske levedygtighed af afsaltningsprocessen, mens mindske miljøpåvirkningen.

"Denne meget koncentrerede saltlage skal håndteres omhyggeligt for at beskytte livet i havet, og det er et ressourceaffald, og det koster energi at pumpe det tilbage til havet," så det er en win-win at omdanne det til en nyttig vare, Kumar siger. Og natriumhydroxid er et så allestedsnærværende kemikalie, at "hvert laboratorium på MIT har nogle," siger han, så det bør ikke være svært at finde markeder for det.

Forskerne har diskuteret konceptet med virksomheder, der kan være interesserede i det næste trin i opførelsen af ​​et prototype-anlæg for at hjælpe med at udarbejde den virkelige verdensøkonomi i processen. ”En stor udfordring er omkostninger - både el- og udstyrsomkostninger,” på dette stadium, siger Kumar.

Holdet fortsætter også med at se på muligheden for at udvinde andre materialer med lavere koncentration fra saltvandstrømmen, siger han, herunder forskellige metaller og andre kemikalier, hvilket kan gøre saltlageforarbejdningen til en endnu mere økonomisk levedygtig virksomhed.

"Et aspekt, der blev nævnt ... og stærkt genlyd med mig, var forslaget om sådanne teknologier til at understøtte mere 'lokaliseret' eller 'decentraliseret' produktion af disse kemikalier ved anvendelsesstedet," siger Jurg Keller, professor i vandforvaltning ved University of Queensland i Australien, der ikke var involveret i dette arbejde. "Dette kan have nogle store energi- og omkostningsfordele, da op-koncentration og transport af disse kemikalier ofte tilføjer flere omkostninger og endnu højere energibehov end den faktiske produktion af disse i de koncentrationer, der typisk bruges."

Forskergruppen omfattede også MIT postdoc Katherine Phillips og bachelor Janny Cai og Uwe Schroder ved University of Braunschweig, i Tyskland. Arbejdet blev støttet af Cadagua, et datterselskab af Ferrovial, gennem MIT Energy Initiative.