Een ontziltingsinstallatie in Haifa in Israël. AP2010

Onderzoekers vinden manier om ontzilting van zeewater efficiënter en minder vervuilend te maken 

De snel groeiende ontziltingsindustrie levert water om te drinken en voor de landbouw, in de droge kustgebieden van de wereld. Maar een afvalproduct van de ontzilting is zeer geconcentreerd pekelwater of brijn, dat nu meestal opnieuw in zee geloosd wordt. Daar zijn echter dure pompinstallaties voor nodig, en het moet zorgvuldig gecontroleerd worden om te vermijden dat mariene ecosystemen schade oplopen. Ingenieurs van MIT zeggen nu dat met een vrij eenvoudig proces het afval omgezet kan worden in nuttige chemicaliën, waaronder stoffen die het ontziltingsproces efficiënter kunnen maken. 

De benadering van de MIT-ingenieurs kan gebruikt worden om natriumhydroxide te produceren, naast andere producten. Natriumhydroxide staat ook bekend als bijtende soda, en het kan gebruikt worden om het zeewater voor te behandelen dat in de ontziltingsinstallatie gebruikt wordt. Die voorbehandeling verandert de zuurtegraad van het water, en dat helpt dan weer om te voorkomen dat de membranen die gebruikt worden om het zoute water te filteren, vuil worden en verstopt raken. Dat is een belangrijke oorzaak van onderbrekingen en defecten in de veel toegepaste ontziltingsinstallaties die met omgekeerde osmose werken.

"De ontziltingsindustrie zelf gebruikt er behoorlijk veel van", zei Amit Kumar over natriumhydroxide. Kumar is een onderzoeker bij het Massachusetts Institute of Technology, en een van de auteurs van de studies over het proces. "Ze kopen het, ze geven er geld aan uit. Dus als je het in situ in de installatie kan maken, kan dat een groot voordeel zijn", zo zei hij in een persmededeling van MIT. De hoeveelheid die de ontziltingsinstallatie nodig heeft, is veel kleiner dan het totaal dat met het pekelwater geproduceerd kan worden, en dus kan het overschot verkocht worden.

Natriumhydroxide is niet het enige product dat gemaakt kan worden uit het afval. Een ander belangrijk chemisch product dat gebruikt wordt door ontziltingsinstallaties en bij vele andere industriële processen, is zoutzuur. Ook dat kan makkelijk gemaakt worden in de ontziltingsinstallatie uit het pekelwater, met bekende chemische verwerkingsprocessen. Zoutzuur kan gebruikt worden om delen van de ontziltingsinstallatie te reinigen, maar het wordt ook veel gebruikt in de chemische industrie, en als bron van waterstof.    

De ontziltingsinstallatie in Carlsbad, in Californië, hier nog in aanbouw, is sinds haar ingebruikname in 2015 de grootste van het westelijk halfrond.

Meer dan 100 miljard liter pekelwater per dag

Momenteel wordt er wereldwijd meer dan 100 miljard liter water per dag geproduceerd door ontziltingsinstallaties, en dat geeft een vergelijkbaar volume aan afval, aan geconcentreerd pekelwater. Veel daarvan wordt opnieuw de zee in gepompt, en de huidige regelgeving vereist dure lozingssystemen om een voldoende verdunning van de zouten te verzekeren. 

Het pekelwater omzetten in iets anders kan dus zowel economische als ecologische voordelen bieden, vooral als de ontziltingsindustrie wereldwijd snel blijft groeien. 

"Met de huidige technologie is het doenbaar om het pekelwater op een ecologisch veilige manier te lozen, maar het is veel beter om grondstoffen uit het pekelwater te halen en de hoeveelheid die geloosd wordt te verminderen", zei professor mechanisch ingenieurschap  en mede-auteur van de studie John Lienhard van MIT. 

De methode om het pekelwater om te zetten in nuttige producten, maakt gebruik van bekende en gebruikelijke chemische processen, waaronder een initiële nanofiltratie om ongewenste verbindingen te verwijderen, gevolgd door een of meer stadia van elektrodialyse om het gewenste eindproduct te verkrijgen. 

Hoewel de processen die voorgesteld worden niet nieuw zijn, hebben de onderzoekers het potentieel geanalyseerd voor de productie van nuttige chemicaliën uit pekelwater, en een specifieke combinatie voorgesteld van producten en chemische processen, die kunnen omgezet worden in commerciële operaties, om de economische leefbaarheid van het ontziltingsproces te vergroten, en tegelijkertijd de ecologische impact ervan te verminderen.  

Nieuw-Zeelandse soldaten pompen zeewater in tanks voor een ontziltingsinstallatie in Funafuti, de hoofdstad van de eilandstaat Tuvalu. Tuvalu kampt met een gebrek aan water door langdurige droogte en verzilting van het grondwater door de stijgende zeespiegel. AP2011

Prototype?

"Dit zeer geconcentreerde pekelwater moet voorzichtig behandeld worden om het leven in de oceanen te beschermen, en het is een verspilling van grondstoffen. Het kost bovendien energie om het terug in zee te pompen, en dus is het omzetten in een bruikbaar basisproduct een win-win", zei Kumar in de persmedeling. 

"En natriumhydroxide is zo'n alomtegenwoordige chemische stof dat elk laboratorium in MIT er wel wat van heeft staan", zo zei hij, en dus zou het niet moeilijk moeten zijn om er een markt voor te vinden. 

De onderzoekers hebben het concept besproken met een aantal bedrijven die mogelijk geïnteresseerd zijn in de volgende stap, namelijk het bouwen van een prototype om uit te zoeken hoe economisch leefbaar het proces is in de echte wereld. "Een grote uitdaging zijn momenteel de kosten - zowel de kosten voor elektriciteit als voor de nodige uitrusting", zei Kumar. 

Het team onderzoekt ook nog voort de mogelijkheid om nog andere materialen aan het pekelwater te onttrekken, materialen die er in lagere concentraties in voorkomen. Daaronder zijn verschillende metalen en andere chemicaliën, wat de bewerking van het pekelwater zelfs nog meer economisch leefbaar zou kunnen maken. 

De studie van de onderzoekers van MIT en de Technische Universität Braunschweig in Duitsland is gepubliceerd in Nature Catalysis.

Een ontziltingsinstallatie die werkt met omgekeerde osmose, in Sorek in Israël.