Ingenieurs van MIT en China werken samen om een baanbrekend ontziltingsapparaat op zonne-energie te ontwikkelen, geïnspireerd op oceanische processen. Het apparaat gebruikt ontzilting om zeewater om te zetten in drinkbaar water. Dit systeem is klein en produceert 4 tot 6 liter drinkwater per uur. Verrassend genoeg presteert het beter en is het goedkoper dan kraanwater en onderzoekers passen deze aanpak toe als gunstig voor kustgebieden waar de toegang tot traditionele watervoorraden beperkt is.
Dit passieve apparaat gebruikt natuurlijk zonlicht om zeewater te verwarmen, aldus een publicatie van het onderzoeksteam. De configuratie van het apparaat zorgt ervoor dat het water in wervelende stromingen circuleert, vergelijkbaar met de thermohaline circulatie in de oceaan. Deze circulatie, samen met de warmte van de zon, zorgt ervoor dat het water verdampt en het zout achterblijft. Het verdampte water kan worden gecondenseerd en opgevangen als zuiver, drinkbaar water. Ondertussen blijft het resterende zout door het apparaat circuleren en weer wegvloeien, waardoor ophoping en verstopping van het systeem worden voorkomen.
Het nieuwe systeem produceert meer water en verwijdert meer zout dan andere passieve zonne-ontziltingsconcepten die worden getest. Op schaal, ter grootte van een kleine koffer, kan het systeem ongeveer 4 tot 6 liter drinkwater per uur produceren en meerdere jaren meegaan zonder dat er onderdelen vervangen hoeven te worden. Met dit formaat en deze prestaties kan het systeem drinkwater produceren tegen lagere kosten dan kraanwater.
Lenan Zhang, onderzoeker bij het Device Research Laboratory van MIT, zei: "Voor het eerst is het mogelijk dat water, opgewekt door zonlicht, zelfs goedkoper is dan kraanwater."
Zhang werkte samen met MIT-student Yang Zhong , Evelyn Wang (de Ford-hoogleraar in de ingenieurswetenschappen) en verschillende onderzoekers van de Shanghai Jiao Tong Universiteit in China.
Het team wil een grotere versie van het apparaat ontwikkelen die drinkwater kan produceren voor een klein gezin . Dit apparaat kan ook worden gebruikt in kustgemeenschappen die geen toegang hebben tot een traditionele waterleiding.
Zie ook : Hoe je rijstpellets kunt recyclen om waterdicht hout te maken
Versterking van het convectieproces
Het was niet hun eerste poging om een ontziltingsapparaat voor dit doel te ontwikkelen.
Apparaat #1
Het team verbeterde het eerdere ontwerp door een nieuw systeem te ontwikkelen. Ze testten dit ontwerp op het dak van een MIT-gebouw en het bleek de zonne-energie efficiënt om te zetten in drinkbaar water. Het zout dat bij dit proces overbleef, hoopte zich echter na een paar dagen op en verstopte het systeem.
Het volgende systeem bestaat uit meerdere lagen, trappen genaamd, die elk een verdamper en een condensor bevatten. Deze trappen gebruiken de warmte van de zon om zout van water te scheiden. In de praktijk zou de gebruiker de trappen regelmatig moeten vervangen , waardoor het systeem duurder zou worden.
Apparaat #2
In het vervolgontwerp creëerden ze een oplossing met een vergelijkbare gelaagde opbouw. Een nieuwe functie werd geïntroduceerd om de circulatie van het binnenkomende water te verbeteren en ervoor te zorgen dat al het resterende zout volledig werd verwijderd. Dit ontwerp voorkwam dat zout zich afzette en ophoopte in het apparaat, maar het ontzoutte het water wel in een traag tempo.
Apparaat #3
De nieuwste versie van het ontwerp is de ultieme prestatie. Het team heeft met succes een systeem ontwikkeld dat niet alleen een grote hoeveelheid water in een hoog tempo produceert, maar ook een uitzonderlijk vermogen heeft om zout af te stoten. Dit betekent dat het systeem niet alleen efficiënt is, maar ook betrouwbaar, en een continue toevoer van schoon drinkwater voor een lange periode garandeert.
Het nieuwe ontwerp combineert het beste van hun twee eerdere concepten : een meertrapssysteem met verdampers en condensatoren dat de water- en zoutcirculatie binnen elke trap effectief versterkt. Het nieuwe systeem genereert kleine circulaties , vergelijkbaar met de thermohaline convectie in de oceaan. Dit opmerkelijke fenomeen drijft de wereldwijde waterbeweging aan, veroorzaakt door variaties in zeetemperatuur ("thermo") en zoutgehalte ("haline").
Lenan Zhang legt uit: "Wanneer zeewater aan de lucht wordt blootgesteld, zorgt zonlicht ervoor dat het water verdampt. Zodra het water het oppervlak verlaat, blijft het zout achter. En hoe hoger de zoutconcentratie, hoe dichter de vloeistof, en dit zwaardere water wil naar beneden stromen. Door dit fenomeen, dat zich over kilometers uitstrekt, in een kleine doos na te bootsen, kunnen we van deze eigenschap gebruikmaken om zout af te stoten."
Het proces
De onderzoekers plaatsten de hele doos in een schuine hoek in een grotere container. Vervolgens verbond ze een buis van het bovenste deel van de doos helemaal door de bodem van de container en lieten de container uiteindelijk drijven in zout water.
De kern van het ontwerp wordt gevormd door een slanke, doosvormige structuur, gemaakt van een donker materiaal dat de stralingswarmte van de zon effectief benut. Het is verdeeld in twee afzonderlijke delen : een bovenste en een onderste gedeelte.
- De bovenste helft van de structuur is voorzien van een speciaal ontworpen verdamperlaag op het plafond, die de kracht van de zon benut om water op te warmen en te verdampen bij contact.
- Vervolgens wordt de waterdamp naar het onderste gedeelte van de doos geleid.
- Hier condenseert een luchtkoelende laag de damp en transformeert deze in een zuivere en veilige vloeistof die vrij is van zout.
Deze opstelling zorgt ervoor dat water op natuurlijke wijze door de buis omhoog de bak in wordt gestuwd. De unieke combinatie van de helling van de bak en de thermische energie van de zon zorgt er niet alleen voor dat het water gaat wervelen terwijl het erdoorheen stroomt, maar garandeert ook dat de kleine wervelingen het zout continu in beweging houden in plaats van dat het bezinkt en verstoppingen veroorzaakt.
Bovendien zorgen deze wervelende bewegingen ervoor dat het water in contact komt met de bovenste verdampingslaag, waardoor het totale proces wordt geoptimaliseerd.
Het team creëerde verschillende prototypes:
- Eén met één podium
- Nog een met drie fasen
- Volgende met 10 etappes
Ze testten deze prototypes in water met verschillende zoutgehaltes, waaronder natuurlijk zeewater en water dat zeven keer zouter was.
Op basis van deze tests hebben de onderzoekers vastgesteld dat het opschalen van elke fase naar een vierkante meter zou resulteren in een indrukwekkende productie van 5 liter drinkwater per uur. Wat nog opmerkelijker is, is dat dit systeem is ontworpen om water te ontzilten zonder dat er gedurende meerdere jaren zoutophoping optreedt.
Naast de lange levensduur werkt het systeem volledig zonder elektriciteit, waardoor het ongelooflijk kosteneffectief is. De geschatte gebruikskosten van dit systeem zijn zelfs lager dan de productiekosten van leidingwater in de Verenigde Staten.
Yang Zhong zegt: "We laten zien dat dit apparaat een lange levensduur kan hebben. Dat betekent dat drinkwater dat met behulp van zonlicht wordt opgewekt, voor het eerst goedkoper kan zijn dan kraanwater. Dit opent de mogelijkheid voor ontzilting met zonne-energie om concrete problemen op te lossen."
Dit onderzoek naar ontzilting waarbij zeewater wordt omgezet in drinkwater wordt uitgevoerd aan de Shanghai Jiao Tong Universiteit en ontvangt financiering van de Natural Science Foundation of China.
Bron : Ontziltingsinstallaties kunnen zoet water produceren dat goedkoper is dan kraanwater.
