Более эффективный и доступный процесс опреснения воды

«Опреснение может быть мощным инструментом для уменьшения дефицита воды во всем мире, но оно ограничено энергетическими и денежными затратами на утилизацию рассола»

Опреснение, заключающееся в преобразовании соленой воды в пресную, характеризуется высокими эксплуатационными расходами. Предлагаемое устройство, способное превратить отходы опреснения в коммерчески ценные химические вещества, может сделать этот процесс более дешевым и благоприятным для окружающей среды.

Применив новый подход к решению старого вопроса, исследователи из Стэнфорда создали устройство, которое может сделать преобразование морской воды в пресную прибыльным и экологически безопасным занятием.

Их исследование, опубликованное в ACS Sustainable Chemistry & Engineering, обрисовывает в общих чертах эффективный метод расщепления воды, имеющей очень высокие концентрации солей и химических веществ, называемой рассолом, в коммерчески ценные химикаты и пресную воду. Этот подход исключает необходимость утилизации при опреснении воды опасных химических веществ в местные экосистемы.

«Опреснение может быть мощным инструментом для уменьшения дефицита воды во всем мире, но оно ограничено энергетическими и денежными затратами на утилизацию рассола», - говорит ведущий автор исследования Уилл Тарпех, доцент кафедры химической инженерии в Стэнфорде. «Переосмысливая отношение к рассолу как к ценному ресурсу, появляется стремление стимулировать его сбор и переработку».

Опреснительные заводы по всему миру производят около 123 миллиардов литров питьевой воды в день. Однако этот подход преобразования солоноватой или соленой воды в питьевую остается дорогостоящим, поскольку требует много энергии. Кроме этого, в этом процессе получается примерно в полтора раза больше рассола, чем питьевой воды.

Расщепление соленой воды

Исследователи разработали и протестировали устройство, которое расщепляет компоненты рассола с помощью метода, называемого электрохимическим расщеплением воды и соли.

Водно-солевое расщепление разделяет рассол на положительно заряженные ионы натрия и отрицательно заряженные ионы хлора с помощью электрохимической ячейки - устройства, которое использует электрическую энергию для запуска химических реакций.

Испытав несколько анодов на стабильность и селективность по отношению к выделению кислорода, было обнаружено, что графит демонстрирует на 25% более высокую кислотную выработку, чем оксиды некоторых сочетаний металлов (Ti-Ir и Ti-Pt), и селективность 69% по отношению к выделению кислорода из-за более низкой адсорбции хлоридов на его поверхности.

После разрыва связей натрий и хлор объединяются с другими элементами, образуя новые химические вещества, в том числе гидроксид натрия, водород и соляную кислоту.

Гидроксид натрия, также известный как щелочь, используется при производстве многих продуктов, включая мыло, бумагу, алюминий, моющие средства и взрывчатые вещества. Водород в основном используется для промышленных целей, таких как производство удобрений, хранение и доставка энергии.

Соляная кислота широко используется в коммерческих отраслях промышленности в качестве компонента при производстве электроаккумуляторов, в качестве пищевой добавки и даже в обработке кожи. Ее можно использовать на месте для очистки опреснительных установок.

«Исследование позволило определить конструкцию, которая не только стоит дешевле, но и превосходит обычные методы расщепления воды». «Эти идеи могут улучшить технологию опреснения воды, чтобы сэкономить эксплуатационные расходы и получить доход».

Сокращение отходов в процессе опреснения

Новый подход поможет сократить расходы на утилизацию рассола, которые сейчас составляют около трети общих расходов на опреснение, и избежать вредного воздействия на окружающую среду. Современные методы утилизации рассола вызвают повышение солености и кислотности водных ресурсов в районе действия опреснительных установок, а также дефицит кислорода в водоемах, который негативно воздействует на популяцию животных и растений.

Хотя в представленном исследовании не были получены химические растворы, пригодные для коммерческого использования, из-за недостаточной концентрации, исследователи отмечают, что это первый шаг в создании основы для будущей разработки и эксплуатации установок, использующих электрохимическое водно-солевое расщепление.

Источник: Stanford University