Пробој у обрнутој осмози може довести до најефикаснијег десалинизације морске воде икада

(Нановерк Невс) Израда слатке воде из морске воде обично захтева огромне количине енергије. Најраспрострањенији процес десалинизације назива се реверзна осмоза, који делује тако што морском водом тече преко мембране под високим притиском како би уклонио минерале.

Сада су инжењери Универзитета Пурдуе развили варијанту процеса названу „шаржна реверзна осмоза“, која обећава бољу енергетску ефикасност, дуготрајнију опрему и способност обраде воде много веће сланости. То би могло да створи разлику у безбедности воде широм света.

Обрнута осмоза се користи у многим земљама; у сушним местима попут Блиског истока, више од половине залиха свеже воде за пиће долази из објеката за десалинизацију. Али да би се одржао висок ниво притиска потребан за процес - до 70 пута већи од атмосферског притиска - постројење за десалинизацију мора да користи велики број пумпи и друге опреме. А то троши много енергије.

„Отприлике трећина животних трошкова постројења за десалинизацију чини енергија“, рекао је Давид Варсингер, доцент Пурдуе машинства. „Чак и мала побољшања процеса - неколико процентних поена разлике - могу уштедети стотине милиона долара и помоћи да ЦО2 остане ван атмосфере.“

Током свог докторског рада на МИТ-у, Варсингер је прво развио идеју „шаржне реверзне осмозе“. Уместо да задржи константан проток морске воде на оним нивоима високог притиска, шаржни поступак истовремено узима одређену количину воде; обрађује га; празни га; а затим понавља поступак са следећом шаржом.

"Свака серија траје отприлике једну до две минуте", рекао је Варсингер. „Временом појачавамо притисак, с временом смањујемо запремину и на крају користимо много мање енергије за производњу исте количине свеже воде.“

Дипломирани студенти Абхиманиу Дас (лево) и Аксхаи Рао подешавају клипни резервоар, кључну компоненту новог процеса десалинизације под називом „двоструко делујућа шаржна реверзна осмоза“. (Слика: Јаред Пике, Универзитет Пурдуе)

Иако су неке постројења за десалинизацију покушала да користе полусеријске технике, ниједна никада није применила пуни систем шарже - делом због временских пауза између серија.

„Потребно је време и енергија да се свака серија воде испумпа, а затим се следећа количина воде упумпа у прераду“, рекао је Варсингер. „Ако се потроши то време и енергија, генерално се поништава добитак у ефикасности који бисте добили коришћењем шаржног процеса. Због тога смо развили решење под називом „шаржна реверзна осмоза двоструког дејства“. “

Двоструки клип

Овај нови поступак користи клипни резервоар - посуду високог притиска са клипом у средини. Док једна страна клипа шаље морску воду напред у петљу за обраду, друга страна клипа истовремено се пуни следећом серијом морске воде у реду. Када се заврши један шаржни процес, клип без убризгавања убризгава следећу серију морске воде у систем, док истовремено пуни другу страну следећом шаржом морске воде у реду и поступак се непрекидно понавља.

„Уместо да клип испразнимо сваки пут или да користимо неку другу течност или гас за притисак, ми га пунимо следећом серијом морске воде“, рекао је Варсингер. „Дакле, уместо да је једна страна клипа у суштини мртви простор, ми користимо саму морску воду да бисмо двоструко испразнили овај клип, тако да готово да нема застоја.

„Према нашим моделима, овај предложени систем нуди најмању потрошњу енергије икад за десалинизацију морске воде. То је најважнија прекретница у класи. “

Њихова истраживања су објављена уДесалинизација (ГГ куот; Конфигурација двоструког дејства реверзне осмозе за најбољу ефикасност у класи и мали застој ГГ куот;).

„Застоји су заиста нешто што желите да избегнете“, рекла је Сандра Цордоба, студентица Пурдуе магистарског студија машинства и прва ауторка рада. „Ако морате сервисирати систем након сваког циклуса, изгубићете сву своју енергетску ефикасност. Смањивање или уклањање тог застоја је кључна ствар која чини изводљиву реверзну осмозу изводљивом. “

Кордоба је такође развио теоријске хидрауличке моделе коришћене у раду.

„Обрнута осмоза је сложен процес“, рекао је Кордоба. „Да бисте оценили његов успех, морате пратити многе променљиве: притисак воде, запремину, сланост, однос искоришћења, време и енергију. Помоћу ових модела успели смо да одредимо праву количину притиска током времена како бисмо постигли најбоље резултате користећи минималну количину енергије. “

Колики је клипни резервоар? Зависи од величине система.

„Обрнута осмоза делује на широком спектру скала“, рекао је Варсингер. „Домаћинства у Индији често имају систем микро реверзне осмозе за свој дом, где бисте га могли држати у рукама. За наше експерименте направили смо модел система где је клипни резервоар приближно величине апарата за гашење пожара. У погону пуне скале могао би бити дугачак сто стопа. Али лепота је тога што није сложен део опреме; то је у суштини цев, са водонепропусним клипом у средини. Али тај клипни резервоар све мења. “

Варсингерова лабораторија користила је овај двоструко дејство за подстицање неколико нових достигнућа у десалинизацији. Абхиманиу Дас, ПхД ПхД Пурдуе студент машинског инжењерства, објавио је истраживање које описује варијанту процеса која се назива „шаржна супротна проточна реверзна осмоза“. Циркулацијом одређених концентрација воде са обе стране мембране, Дас-ов поступак се показао као енергетски најефикаснији поступак десалинизације воде са високим салинитетом, а захтева мање компонената. И студент мастер студија Пурдуе Мицхаел Роггенбург објавио је истраживање које показује да би комбинација шаржне реверзне осмозе и обновљиве енергије могла да испоручи свежу воду до целокупне границе од 1.954 миље између САД-а и Мексика.

„Сигурност воде огромно је питање широм света на којем сам провео читаву каријеру радећи“, рекао је Варсингер. „Ови резултати са шаржном реверзном осмозом заиста су узбудљиви. Ако мало смањимо трошкове, онда десалинизација постаје одржива опција за више места. То би могло бити трансформативно “.