Proboj u obrnutoj osmozi može dovesti do energetski efikasne desalinacije vode do sada

(Nanowerk Vijesti) Pravljenje sveže vode iz vode obično zahteva ogromne količine energije. Najrašireniji proces za desalinaciju naziva se obrnuta osmoza, koja djeluje tečećim vode preko membrane pod visokim pritiskom kako bi se uklonili minerali.

Inženjeri Univerziteta Purdue razvili su varijantu procesa nazvanu "batch reverse osmosis", koja obećava bolju energetsku efikasnost, duže ovlašćenu opremu i sposobnost obrade vode mnogo višeg saliniteta. To bi moglo završiti kao pravitelj razlika u sigurnosti vode širom svijeta.

Obrnuta osmoza se koristi u mnogim zemljama; Na sušnim mjestima poput Bliskog istoka, više od polovine zaliha svježe vode za piće dolazi iz postrojenja za desalinaciju. Ali za održavanje visokog nivoa pritiska potrebnog za proces – do 70 puta veći atmosferski pritisak – postrojenje za desalinizaciju mora zapošljavati veliki broj pumpi i druge opreme. A to koristi mnogo energije.

"Otprilike trećina životne cijene postrojenja za desalinaciju je energija," izjavio je David Warsinger, pomoćnik profesora strojarstva Purdue. "Čak i mala poboljšanja procesa – nekoliko procentnih poena razlike – mogu uštedjeti stotine miliona dolara i pomoći da CO2 ostane izvan atmosfere."

Tokom doktorskog rada na MIT-u, Warsinger je prvi put razvio ideju "batch reverse osmosis". Radije nego držati konstantan protok vode na tim visokim nivoima pritiska, proces obrade uzima u postavljenoj količini vode u jednom trenutku; obrađuje ga; otpušta ga; a zatim ponavlja proces sa sljedećom sečom.

"Svaka secka tece oko jedan do dva minuta," rekao je Warsinger. "Vremenom pojačamo pritisak, smanjimo volumen tokom vremena, i na kraju koristimo mnogo manje energije da proizvedemo istu količinu svježe vode."

Diplomirani studenti Abhimanyu Das (lijevo) i Akshay Rao podešavaju klipni spremnik, ključnu komponentu novog procesa desalinizacije pod nazivom "dvostruko djelujuća serija obrnuta osmoza." (Slika: Jared Pike, Purdue University)                

Iako su neke biljke za desalinaciju pokušale da koriste tehnike polubača, nijedna nikada nije primenila potpuni sistem batch sistema – delom zbog pauza između seta.

"Potrebno je vrijeme i energija da se ispumpa svaka sepa vode, a zatim pumpa sljedeću serpu vode u za preradu," kaže Warsinger. "Expending that time and energy generally cancels the efficiency gains you would get from using the batch process. Zato smo razvili rješenje koje se zove 'dvostruka gluma reverzno osmoza'.

Dvostruki klip

Ovaj novi proces koristi klipni spremnik — posudu visokog pritiska sa klipom u sredini. Dok jedna strana klipa šalje slanje vode naprijed u petlju obrade, druga strana klipa se istovremeno puni sljedećom sepom vode u redu. Kada se završi jedan proces, klip bešavljivo ubrizgava sljedeću serku vode u sistem istovremeno popunjavajući svoju drugu stranu sa sljedećom sečom vode u redu, a proces se neprekidno ponavlja.

"Umjesto da svaki put potpuno ispraznite klip ili koristite neku drugu tekućinu ili plin za pritisak na klip, punimo ga sljedećom sečom vode", rekao je Warsinger. "Dakle, umjesto da jedna strana klipa bude u suštini mrtav prostor, koristimo samu moru da izvučemo dvostruku dužnost iz ovog klipa, tako da gotovo da nema vremena za rad.

"Prema našim modelima, ovaj predloženi sistem nudi najnižu potrošnju energije ikada za desalinaciju vode. To je najbolja prekretnica u klasi."

Njihova istraživanja su objavljena uDesalinacija("Duplo delujuca secka obrnuta osmoza konfiguracija za najbolju u klasi efikasnosti i nisko vreme ").

"Downtime je zaista nešto što želite izbjeći", rekla je Sandra Cordoba, studentkinja Magisterije Purdue iz mašinstva i prva autorica novina. "Ako morate servisiti sistem nakon svakog ciklusa, gubite svu svoju energetsku efikasnost. Smanjenje ili eliminacija tog vremena je ključna stvar koja čini sečom obrnute osmoze izvodljivom."

Cordoba je također razvila teoretske hidraulike modele koji se koriste u papiru.

"Obrnuta osmoza je složen proces," kaže Cordoba. "Da bi se proucio njegov uspjeh, morate pratiti mnoge varijable: pritisak vode, volumen, salinitet, omjer oporavka, vrijeme i energija. Sa ovim modelima smo bili u mogućnosti da odredimo pravu količinu pritiska tokom vremena kako bismo postigli najbolje rezultate koristeći minimalnu količinu energije."

Koliko je veliki klipni spremnik? Zavisi od veličine sistema.

"Obrnuta osmoza djeluje na širokom spektru vaga," izjavio je Warsinger. "Domaćinstva u Indiji često imaju mikro obrnuti sistem osmoze za vlastiti dom, gdje biste ga mogli držati u rukama. Za naše eksperimente, izgradili smo model sistema gdje je klipni spremnik otprilike veličine vatrogasnog gašenja. U punoj biljci mogla bi biti duga 100 metara. Ali ljepota je u tome što to nije složen komad opreme; To je u suštini cijev, sa vodo-zategnutim klipom u sredini. Ali taj klipni spremnik sve mijenja."

Warsingerova laboratorija je koristila ovaj dvostruki razvoj sepa da podstače nekoliko novih napredaka u desalinciji. Abhimanyu Das, purdue ph.d. student strojarstva, objavio je istraživanja koja su opisivala varijantu procesa pod nazivom "batch counterflow reverse osmosis". Recirkulacijom određenih koncentracija vode na obje strane membrane, Dasov proces je pokazan kao energetski najucinkovitiji proces desalinizacije za vodu visokog saliniteta, dok je za to zahtijeveno manje komponenti. I student Magisterija Iz Purduea Michael Roggenburg objavio je istraživanje koje pokazuje da bi kombinacija serije obrnute osmoze i obnovljive energije mogla zamišljeno dostaviti svježu vodu na cijelu granicu od 3.954 milje između SAD-a i Meksika.

"Sigurnost vode je ogromno pitanje širom svijeta, na kojem sam proveo cijelu karijeru radeći",rekao je Warsinger. "Ovi rezultati sa batch reverse osmosis su stvarno uzbudljivi. Ako samo malo spustimo troškove, onda desalinacija postaje održiva opcija za više mjesta. Moglo bi biti transformativno."