Menjadikan Sisa Penyahsebar Menjadi Sumber Berguna

Proses yang dibangunkan di MIT boleh bertukar menjadi bahan kimia yang berguna, menjadikan penyahgaraman lebih cekap.

David L. Chandler | Pejabat Berita MIT

PERTANYAAN AKHBAR

Kapsyen:

Tumbuh-tumbuhan penyahgaraman tepi pantai seperti ini biasanya melepaskan jumlah besar brine pekat kembali ke laut. Penyelidik MIT telah menunjukkan bahawa sebaliknya, kebanyakan sisa ini boleh dijadikan bahan kimia yang berguna.

Kapsyen:

Ilustrasi menggambarkan potensi proses yang dicadangkan. Brine, yang boleh diperolehi daripada aliran sisa loji penyahgaraman osmosis terbalik (RO), atau dari loji perindustrian atau operasi perlombongan garam, boleh diproses untuk menghasilkan bahan kimia berguna seperti natrium hidroksida (NaOH) atau asid hidroklorik (HCl).

Kredit:

Ilustrasi ihsan penyelidik

Imej terdahulu Seterusnya

Industri penyahgaraman yang berkembang pesat menghasilkan air untuk diminum dan untuk pertanian di kawasan pantai arid di dunia. Tetapi ia meninggalkan di belakang sebagai produk sisa banyak brine yang sangat pekat, yang biasanya dilupuskan dengan membuangnya kembali ke laut, proses yang memerlukan sistem pengepaman yang mahal dan yang mesti diuruskan dengan teliti untuk mencegah kerosakan kepada ekosistem marin. Sekarang, jurutera di MIT berkata mereka telah menemui cara yang lebih baik.

Dalam satu kajian baru, mereka menunjukkan bahawa melalui proses yang agak mudah bahan buangan boleh ditukar menjadi bahan kimia yang berguna - termasuk yang boleh membuat proses penyahsebar itu sendiri lebih cekap.

Pendekatan ini boleh digunakan untuk menghasilkan natrium hidroksida, antara produk lain. Jika tidak dikenali sebagai soda kaustik, natrium hidroksida boleh digunakan untuk mengusahakan air laut masuk ke loji penyahgaraman. Ini mengubah keasidan air, yang membantu mencegah fouling membran yang digunakan untuk menapis air masin - punca utama gangguan dan kegagalan dalam tumbuhan penyahgaraman osmosis terbalik biasa.

Konsep ini digambarkan hari ini dalam jurnalPemangkin Alam Semulajadidan dalam dua kertas kerja lain oleh saintis penyelidikan MIT Amit Kumar, profesor kejuruteraan mekanikal John. H. Lienhard V, dan beberapa yang lain. Lienhard ialah Profesor Jameel Air dan Makanan dan pengarah Makmal Sistem Air dan Makanan Abdul Latif Jameel.

"Industri penyahgaraman itu sendiri menggunakan cukup banyak," kata Kumar daripada natrium hydroxide. "Mereka membelinya, membelanjakan wang di atasnya. Jadi, jika anda boleh membuatnya di situ di kilang, itu boleh menjadi kelebihan besar." Jumlah yang diperlukan dalam tumbuh-tumbuhan itu sendiri adalah jauh lebih rendah daripada jumlah yang boleh dihasilkan dari brine, jadi terdapat juga potensi untuk menjadi produk yang boleh dijual.

Natrium hidroksida bukan satu-satunya produk yang boleh dibuat dari buangan brine: Satu lagi bahan kimia penting yang digunakan oleh tumbuh-tumbuhan penyahgaraman dan banyak proses perindustrian lain adalah asid hidroklorik, yang juga boleh dibuat dengan mudah di lokasi dari sisa brine menggunakan kaedah pemprosesan kimia yang ditubuhkan. Bahan kimia itu boleh digunakan untuk membersihkan bahagian loji penyahkalinan, tetapi juga digunakan secara meluas dalam pengeluaran kimia dan sebagai sumber hidrogen.

Pada masa ini, dunia menghasilkan lebih daripada 100 bilion liter (kira-kira 27 bilion gelen) sehari air dari penyahgaraman, yang meninggalkan jumlah brine pekat yang sama. Kebanyakannya dipam kembali ke laut, dan peraturan semasa memerlukan sistem yang mahal untuk memastikan pencairan garam yang mencukupi. Dengan itu, menukar brine boleh menjadi kedua-dua ekonomi dan ekologi yang bermanfaat, terutamanya apabila penyahkawalseliaan terus berkembang pesat di seluruh dunia. "Pelepasan brine yang selamat secara alam sekitar diuruskan dengan teknologi semasa, tetapi lebih baik untuk mendapatkan semula sumber dari brine dan mengurangkan jumlah brine yang dikeluarkan," kata Lienhard.

Kaedah menukar brine menjadi produk berguna menggunakan proses kimia terkenal dan standard, termasuk nanofiltration awal untuk menghapuskan sebatian yang tidak diingini, diikuti oleh satu atau lebih peringkat elektrodialisis untuk menghasilkan produk akhir yang dikehendaki. Walaupun proses yang dicadangkan bukanlah perkara baru, para penyelidik telah menganalisis potensi pengeluaran bahan kimia berguna daripada brine dan mencadangkan gabungan produk dan proses kimia tertentu yang boleh dijadikan operasi komersial untuk meningkatkan daya maju ekonomi proses penyahkalinan, sambil mengurangkan kesan alam sekitarnya.

"Brine yang sangat pekat ini perlu dikendalikan dengan teliti untuk melindungi kehidupan di lautan, dan ia adalah sisa sumber, dan ia membebankan tenaga untuk mengepamnya kembali ke laut," demikian menjadikannya komoditi yang berguna adalah menang-menang, kata Kumar. Dan natrium hidroksida adalah seperti bahan kimia yang "setiap makmal di MIT mempunyai beberapa," katanya, jadi mencari pasaran kerana ia tidak sepatutnya sukar.

Para penyelidik telah membincangkan konsep dengan syarikat-syarikat yang mungkin berminat dalam langkah seterusnya membina kilang prototaip untuk membantu menjalankan ekonomi dunia sebenar proses. "Satu cabaran besar ialah kos - kedua-dua kos elektrik dan kos peralatan," kata Kumar.

Pasukan ini juga terus melihat kemungkinan mengekstrak bahan-bahan lain yang lebih rendah kepekatan dari aliran brine, katanya, termasuk pelbagai logam dan bahan kimia lain, yang boleh menjadikan brine memproses akujanji yang lebih berdaya maju dari segi ekonomi.

"Satu aspek yang telah disebut ... dan sangat bergema dengan saya adalah cadangan untuk teknologi sedemikian untuk menyokong pengeluaran bahan kimia yang lebih 'setempat' atau 'tidak berpusat' pada titik penggunaan," kata Jurg Keller, seorang profesor pengurusan air di University of Queensland di Australia, yang tidak terlibat dalam kerja ini. "Ini boleh mempunyai beberapa faedah tenaga dan kos utama, kerana kepekatan dan pengangkutan bahan kimia ini sering menambah lebih banyak kos dan permintaan tenaga yang lebih tinggi daripada pengeluaran sebenar ini pada kepekatan yang biasanya digunakan."

Pasukan penyelidik juga termasuk MIT postdoc Katherine Phillips dan mahasiswa Janny Cai, dan Uwe Schroder di University of Braunschweig, di Jerman. Kerja-kerja ini disokong oleh Cadagua, anak syarikat Ferrovial, melalui Inisiatif MIT Energy.