Läbimurre pöördosmoosis võib viia kõige energiatõhusama merevee magestamiseni eales

(Nanowerk Uudised) Mereveest magevee valmistamine nõuab tavaliselt tohutul hulgal energiat. Kõige laialdasemat magestamise protsessi nimetatakse pöördosmoosiks, mis toimib merevee voolamisega üle membraani kõrgel rõhul mineraalide eemaldamiseks.

Nüüd on Purdue ülikooli insenerid välja töötanud protsessi variandi, mida nimetatakse "partii pöördosmoosiks", mis lubab paremat energiatõhusust, kauem kestvaid seadmeid ja võimet töödelda palju suurema soolsusega vett. See võib lõppeda erinevusega vee turvalisuses kogu maailmas.

Pöördosmoosi kasutatakse paljudes riikides; kuivades kohtades, nagu Lähis-Ida, on üle poole mageveevarudest pärit mageveevarudest. Kuid selleks, et säilitada protsessi jaoks vajalik kõrge rõhk – kuni 70 korda suurem õhurõhk – peab magestamistehas kasutama suurt hulka pumpasid ja muid seadmeid. Ja see kasutab palju energiat.

"Umbes kolmandik magestamise tehase eluea maksumusest on energia," ütles David Warsinger, Purdue masinaehituse assistent. "Isegi protsessi väikesed täiustused – paar protsendipunkti erinevust – võivad säästa sadu miljoneid dollareid ja aidata hoida CO2 atmosfäärist eemal."

MIT-is doktoritöö käigus töötas Warsinger esmalt välja idee "partii pöördosmoos". Selle asemel, et hoida merevee pidevat voolu kõrgel rõhutasemel, võtab partiiprotsess korraga kindlaksmääratud koguse vett; töötleb seda; tühjendab selle; ja seejärel kordab protsessi järgmise partiiga.

"Iga partii kestab umbes üks kuni kaks minutit," ütles Warsinger. "Me suurendame survet aja jooksul, vähendame mahtu aja jooksul ja lõpuks kasutame sama koguse magevee tootmiseks palju vähem energiat."

Kraadiõppurid Abhimanyu Das (vasakul) ja Akshay Rao kohandavad kolbmahutit, mis on uue magestamise protsessi võtmekomponent, mida nimetatakse "topelttoimeliseks partii pöördosmoosiks". (Pilt: Jared Pike, Purdue Ülikool)                

Kuigi mõned magestamistehased on püüdnud kasutada poolbatch-tehnikaid, ei ole ükski neist kunagi rakendanud täielikku partiisüsteemi - osaliselt partiide vaheliste ajaliste katkestuste tõttu.

"Iga veepartii väljapumpamine võtab aega ja energiat ning seejärel pumpab järgmise veepartii töötlemiseks sisse," ütles Warsinger. "Selle aja ja energia kulutamine tühistab üldiselt efektiivsuse kasvu, mida saate partii protsessi kasutamisest. Sellepärast töötasime välja lahenduse nimega "topelttoimeline partii pöördosmoos."

Kahetolline kolb

See uus protsess kasutab kolbpaaki - kõrgsurveanumat, mille keskel on kolb. Kui kolvi üks külg saadab merevee edasi töötlemissilmusesse, siis kolvi teine pool täitub samaaegselt järjekorras oleva järgmise mereveepartiiga. Kui ühe partii protsess lõpeb, süstib kolb sujuvalt süsteemi järgmise mereveepartii, täites samal ajal oma teise poole järjekorras oleva järgmise mereveepartiiga ja protsess kordub pidevalt.

"Selle asemel, et kolb iga kord täielikult tühjendada või kasutada kolvi survestamiseks mõnda muud vedelikku või gaasi, täidame selle järgmise mereveepartiiga," ütles Warsinger. "Nii et selle asemel, et kolvi üks külg oleks sisuliselt surnud ruum, kasutame me merevett ise, et saada sellest kolvist topelttöö, nii et seisakuid peaaegu ei ole.

"Meie mudelite kohaselt pakub see väljapakutud süsteem merevee magestamise jaoks kõigi aegade madalaimat energiatarbimist. See on parim verstapost."

Nende uuringud on avaldatudMagestamine("Kahekordse toimega partii pöördosmoosi konfiguratsioon parima klassi efektiivsuse ja madala seisaku jaoks ").

"Seisakud on tõesti midagi, mida soovite vältida," ütles Sandra Cordoba, Purdue masinaehituse magistrant ja ajalehe esimene autor. "Kui peate süsteemi pärast iga tsüklit hooldama, kaotate kogu oma energiatõhususe. Selle seisaku vähendamine või kõrvaldamine on peamine asi, mis muudab partii pöördosmoosi teostatavaks."

Cordoba töötas välja ka paberil kasutatavad teoreetilised hüdraulilised mudelid.

"Pöördosmoos on keeruline protsess," ütles Cordoba. "Selle edu hindamiseks peate jälgima paljusid muutujaid: veerõhk, maht, soolsus, taastumissuhe, aeg ja energia. Nende mudelitega suutsime aja jooksul kindlaks määrata õige surve, et saavutada parimad tulemused, kasutades minimaalset energiakogust."

Kui suur kolbpaak on? See sõltub süsteemi suurusest.

"Pöördosmoos toimib väga erinevates kaaludes," ütles Warsinger. "India leibkondadel on sageli oma kodu jaoks mikro pöördosmoosi süsteem, kus saate seda käes hoida. Meie eksperimentide jaoks oleme ehitanud mudelisüsteemi, kus kolbpaak on umbes tulekustuti suurune. Täismõõtmetes tehases võib see olla sada jalga pikk. Kuid selle ilu on see, et see ei ole keeruline varustus; see on sisuliselt toru, mille keskel on veekindel kolb. Aga see kolbpaak muudab kõike."

Warsingeri labor on kasutanud seda kahekordse toimega partii arendust, et õhutada mitmeid uusi edusamme magestamises. Abhimanyu Das, Purdue doktorant masinaehituses, on avaldanud uurimuse, mis kirjeldab protsessi varianti nimega "partii vastuvoolu pöördosmoos". Teatud veekontsentratsioonide taasringlusega membraani mõlemal küljel on Das'i protsess kõige energiatõhusam magestamise protsess kõrge soolsusega vee jaoks, nõudes samal ajal vähem komponente. Purdue'i magistrant Michael Roggenburg on avaldanud uurimuse, mis näitab, et partii pöördosmoosi ja taastuvenergia kombinatsioon võib anda magevett kogu 1954 miili piirile USA ja Mehhiko vahel.

"Veejulgeolek on suur probleem kogu maailmas, mille kallal ma olen kogu oma karjääri töötanud," ütles Warsinger. "Need tulemused partii pöördosmoosi on tõesti põnev. Kui me vähendame kulusid veidi, muutub magestamine elujõuliseks võimaluseks rohkemate kohtade jaoks. See võib olla ümberkujundav."