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 zout water te verwarmen, volgens een paper gepubliceerd door het onderzoeksteam. De apparaatconfiguratie maakt het mogelijk water laten circuleren in wervelende wervelingen, vergelijkbaar met de oceaan thermohaliene circulatie. Deze circulatie, samen met de warmte van de zon, zorgt ervoor dat water verdampt, waardoor er zout achterblijft. Het verdampte water kan worden gecondenseerd en verzameld als puur, drinkbaar water. Ondertussen blijft het resterende zout door en uit het apparaat circuleren, 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. Wanneer opgeschaald tot de grootte van een kleine koffer, kan het ongeveer 4 tot 6 liter drinkwater per uur en gaan meerdere jaren mee zonder dat er vervangende onderdelen nodig zijn. Met deze omvang en prestatie kan het systeem drinkwater goedkoper produceren dan kraanwater.
Een onderzoeker in het Device Research Laboratory van MIT, Lenan Zhang zei: “Voor het eerst is het mogelijk dat water, geproduceerd door zonlicht, zelfs goedkoper is dan kraanwater.â€
Zhang werkte samen met een MIT-afgestudeerde student Yang Zhong, Evelien Wang (de Ford hoogleraar Engineering) en verschillende onderzoekers van de Shanghai Jiao Tong Universiteit in China.
Het team wil een grotere versie van het apparaat maken dat drinkwater voor een klein gezinDit apparaat kan ook worden gebruikt in kustgemeenschappen die geen toegang hebben tot een traditionele watervoorziening.
Zie ook: Hoe je rijstkorrels 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 de vorig ontwerp door een nieuw systeem te creëren. Ze testten dit ontwerp op het dak van een MIT-gebouw en het zette de energie van de zon efficiënt om in drinkwater. Het zout dat overbleef van dit proces zou echter zich ophopen en het systeem na een paar dagen verstoppen.
Het volgende systeem heeft meerdere lagen, zogenaamde stages, die een verdamper en een condensor bevatten. Deze stages gebruikten warmte van de zon om zout van water te scheiden. In een echte situatie zou de gebruiker vervang regelmatig de podia, waardoor het systeem duurder zou worden.
Apparaat #2
In de vervolgontwerp, ze een oplossing gecreëerd met een vergelijkbare laagindeling. Er is een nieuwe functie geïntroduceerd om de circulatie van binnenkomend water te verbeteren en ervoor te zorgen dat al het resterende zout volledig wordt verwijderd. Dit ontwerp voorkwam dat zout zich zou nestelen en ophopen op het apparaat, maar het ontzilt het water langzaam.
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 bevat het beste van hun twee eerdere concepten: een meertraps systeem met verdampers en condensors dat de water- en zoutcirculatie binnen elke trap effectief vergroot. Het nieuwe systeem genereert kleine circulaties, gelijkend op de thermohaliene convectie in de oceaan. Dit opmerkelijke fenomeen stuwt de beweging van water wereldwijd voort, aangestuurd door variaties in zeetemperatuur ("thermo") en zoutgehalte ("halin").
Lenan Zhang legt uit: "Wanneer zeewater aan lucht wordt blootgesteld, zorgt zonlicht ervoor dat water verdampt. Zodra water het oppervlak verlaat, blijft er zout over. En hoe hoger de zoutconcentratie, hoe dichter de vloeistof, en dit zwaardere water wil naar beneden stromen. Door dit kilometerbrede fenomeen in een kleine doos na te bootsen, kunnen we van deze eigenschap profiteren 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 is een strakke, slanke doosachtige structuur, met een donker materiaal dat effectief de stralingswarmte van de zon benut. Het is verdeeld in twee afzonderlijke secties: een boven- en ondergedeelte.
- 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 omhoog wordt gestuwd door de buis en in de doos. De unieke combinatie van de kanteling van de doos en de zon thermische energie zorgt er niet alleen voor dat het water gaat wervelen terwijl het erdoorheen stroomt, maar zorgt er ook voor dat de kleine wervelingen het zout voortdurend in beweging houden in plaats van dat het zich vastzet 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 elke fase opschalen naar een vierkante meter zou resulteren in de productie van een indrukwekkende 5 liter drinkwater per uur. Wat nog opmerkelijker is, is dat dit systeem is ontworpen om water te ontzilten zonder enige zoutaccumulatie gedurende meerdere jaren.
Naast de lange levensduur is het systeem werkt geheel zonder elektriciteit, waardoor het ongelooflijk kosteneffectief is. De geschatte kosten voor het runnen van dit systeem zijn zelfs lager dan de productiekosten van kraanwater in de Verenigde Staten.
Yang Zhong zegt: "We laten zien dat dit apparaat is in staat om een lange levensduur te bereiken. Dat betekent dat het voor het eerst mogelijk is dat drinkwater geproduceerd door zonlicht goedkoper is dan kraanwater. Dit biedt de mogelijkheid om met behulp van zonne-energie echte problemen aan te pakken.â€
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 : Ontziltingssysteem kan zoetwater produceren dat goedkoper is dan kraanwater
