Ontziltingsafval omzetten in een nuttige hulpbron

Het proces dat bij MIT wordt ontwikkeld, kan geconcentreerde pekel omzetten in nuttige chemicaliën, waardoor ontzilting efficiënter wordt.

David L. Chandler | MIT Nieuwsbureau

PERSVRAGEN

Bijschrift:

Ontziltingsinstallaties aan zee zoals deze lozen meestal grote hoeveelheden geconcentreerde pekel terug in de zee. MIT-onderzoekers hebben aangetoond dat in plaats daarvan veel van dit afval kan worden omgezet in nuttige chemicaliën.

Bijschrift:

Illustratie toont het potentieel van het voorgestelde proces. Pekel, die kan worden verkregen uit de afvalstroom van omgekeerde osmose (RO) ontziltingsinstallaties, of uit industriële installaties of zoutwinningsoperaties, kan worden verwerkt tot nuttige chemicaliën zoals natriumhydroxide (NaOH) of zoutzuur (HCl).

Credits:

Illustratie met dank aan de onderzoekers

Vorige afbeelding Volgende afbeelding

De snelgroeiende ontziltingsindustrie produceert water voor drinkwater en voor landbouw in de dorre kustgebieden ter wereld. Maar het laat als afvalproduct veel sterk geconcentreerde pekel achter, die meestal wordt verwijderd door het terug in zee te dumpen, een proces dat dure pompsystemen vereist en dat zorgvuldig moet worden beheerd om schade aan mariene ecosystemen te voorkomen. Ingenieurs van MIT zeggen dat ze een betere manier hebben gevonden.

In een nieuwe studie laten ze zien dat het afvalmateriaal door een vrij eenvoudig proces kan worden omgezet in nuttige chemicaliën , inclusief chemische stoffen die het ontziltingsproces zelf efficiënter kunnen maken.

De aanpak kan onder andere worden gebruikt voor de productie van natriumhydroxide. Natriumhydroxide, ook wel bijtende soda, kan worden gebruikt om zeewater dat in de ontziltingsinstallatie gaat voor te gaan. Dit verandert de zuurgraad van het water, wat helpt om vervuiling van de membranen te voorkomen die worden gebruikt om het zoute water eruit te filteren - een belangrijke oorzaak van onderbrekingen en storingen in typische omgekeerde osmose-ontziltingsinstallaties.

Het concept wordt vandaag beschreven in het tijdschriftDe Katalyse van de aarden in twee andere artikelen van MIT-onderzoeker Amit Kumar, hoogleraar werktuigbouwkunde John. H. Lienhard V, en verscheidene anderen. Lienhard is de Jameel Professor of Water and Food en de directeur van het Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab.

"De ontziltingsindustrie gebruikt er zelf heel veel van", zegt Kumar over natriumhydroxide. "Ze kopen het, geven er geld aan uit. Dus als je het in situ bij de fabriek maken, kan dat een groot voordeel zijn. De hoeveelheid die nodig is in de planten zelf is veel minder dan het totaal dat uit de pekel kan worden geproduceerd, dus er is ook potentieel dat het een verkoopbaar product is.

Natriumhydroxide is niet het enige product dat kan worden gemaakt van de afvalpekel: Een andere belangrijke chemische stof die wordt gebruikt door ontziltingsinstallaties en vele andere industriële processen is zoutzuur, dat ook gemakkelijk ter plaatse kan worden gemaakt van de afvalpekel met behulp van gevestigde chemische verwerkingsmethoden. De chemische stof kan worden gebruikt voor het reinigen van delen van de ontziltingsinstallatie, maar wordt ook veel gebruikt in de chemische productie en als bron van waterstof.

Momenteel produceert de wereld meer dan 100 miljard liter (ongeveer 27 miljard gallons) per dag water uit ontzilting, wat een vergelijkbaar volume geconcentreerde pekel achterlaat. Veel daarvan wordt teruggepompt naar zee, en de huidige regelgeving vereist dure uitvalsystemen om een adequate verdunning van de zouten te garanderen. Het omzetten van de pekel kan dus zowel economisch als ecologisch voordelig zijn, vooral omdat ontzilting over de hele wereld snel blijft groeien. "Milieuveilige lozing van pekel is beheersbaar met de huidige technologie, maar het is veel beter om hulpbronnen uit de pekel te halen en de hoeveelheid vrijgekomen pekel te verminderen," zegt Lienhard.

De methode om de pekel om te zetten in nuttige producten maakt gebruik van bekende en standaard chemische processen, waaronder initiële nanofiltratie om ongewenste verbindingen te verwijderen, gevolgd door een of meer elektrodialysestadia om het gewenste eindproduct te produceren. Hoewel de voorgestelde processen niet nieuw zijn, hebben de onderzoekers het potentieel voor de productie van nuttige chemicaliën uit pekel geanalyseerd en een specifieke combinatie van producten en chemische processen voorgesteld die kunnen worden omgezet in commerciële activiteiten om de economische levensvatbaarheid van het ontziltingsproces te verbeteren, terwijl de milieu-impact ervan wordt verminderd.

"Deze zeer geconcentreerde pekel moet zorgvuldig worden behandeld om het leven in de oceaan te beschermen, en het is een bronafval, en het kost energie om het terug naar zee te pompen," dus het is een win-winsituatie om er een nuttig product van te maken, zegt Kumar. En natriumhydroxide is zo'n alomtegenwoordige chemische stof dat "elk lab op MIT er een aantal heeft", zegt hij, dus het vinden van markten ervoor zou niet moeilijk moeten zijn.

De onderzoekers hebben het concept besproken met bedrijven die mogelijk geïnteresseerd zijn in de volgende stap van het bouwen van een prototypefabriek om de echte economie van het proces uit te werken. "Een grote uitdaging zijn de kosten - zowel de elektriciteitskosten als de kosten van apparatuur", zegt Kumar in dit stadium.

Het team blijft ook kijken naar de mogelijkheid om andere materialen met een lagere concentratie uit de pekelstroom te halen, zegt hij, waaronder verschillende metalen en andere chemicaliën, waardoor de pekelverwerking een nog economisch levensvatbaarder bedrijf zou kunnen worden.

"Een aspect dat werd genoemd ... en sterk resoneerde met mij was het voorstel voor dergelijke technologieën om meer 'gelokaliseerde' of 'gedecentraliseerde' productie van deze chemicaliën op het punt van gebruik te ondersteunen," zegt Jurg Keller, een professor in waterbeheer aan de Universiteit van Queensland in Australië, die niet betrokken was bij dit werk. "Dit kan een aantal grote energie- en kostenvoordelen hebben, omdat de up-concentratie en het transport van deze chemicaliën vaak meer kosten en zelfs een hogere energievraag toevoegt dan de daadwerkelijke productie hiervan bij de concentraties die doorgaans worden gebruikt."

Het onderzoeksteam bestond ook uit MIT-postdoc Katherine Phillips en undergraduate Janny Cai, en Uwe Schroder aan de Universiteit van Braunschweig, in Duitsland. Het werk werd ondersteund door Cadagua, een dochteronderneming van Ferrovial, via het MIT Energy Initiative.