Nova metoda desalinizacije pretvara morsku vodu u pitku bez kemijskih dodataka
Energetski učinkovit sustav desalinizacije proizvodi pitku vodu bez kemijskih dodataka i pretvara preostale soli u korisne sirovine
Sustav na solarni pogon koristi posebno razvijen crni metal za apsorpciju Sunčeve energije. Njegova samočisteća površina odvaja i prikuplja soli umjesto da ih ispušta u okoliš u obliku koncentrirane slane otpadne vode. Iz izdvojenih soli moguće je dobiti litij, ključnu sirovinu za proizvodnju punjivih baterija. Ovaj pristup mogao bi pomoći u rješavanju globalne nestašice pitke vode i rastuće potražnje za mineralnim sirovinama.
Ujedinjeni narodi procjenjuju da 2,2 milijarde ljudi nema pristup sigurnoj opskrbi pitkom vodom, a zajednice od Kalifornije do Bliskog istoka ovise o postrojenjima za desalinizaciju koja morsku vodu pretvaraju u slatku.
Uobičajene metode desalinizacije, poput reverzne osmoze i toplinske destilacije, troše velike količine energije, zahtijevaju prethodnu i naknadnu obradu vode te stvaraju koncentrirani nusproizvod poznat kao rasol ili salamura. Kada se vraća u more, rasol ozbiljno narušava morske ekosustave jer povećava salinitet i smanjuje količinu kisika u vodi.
Novi pristup razvijen na Sveučilištu u Rochesteru mogao bi ukloniti te nedostatke. Istraživači Instituta za optiku razvili su novi solarno-toplinski postupak desalinizacije koji omogućuje energetsku učinkovitu proizvodnju pitke vode bez stvaranja rasola i bez potrebe za kemijskim dodacima u obradi vode.
Tim koji vodi Chunlei Guo, profesor optike i fizike te viši znanstvenik u Laboratoriju za lasersku energetiku Sveučilišta u Rochesteru, opisao je ovu metodu u znanstvenom časopisu Light: Science & Applications.
Tehnologija koristi solarne panele izrađene od crnog metala obrađenog femtosekundnim laserima kako bi površina postala iznimno upijajuća za svjetlost i vodu. Paneli imaju aktivno područje obrađeno laserom koje povlači tanki sloj vode preko površine, apsorbira gotovo cjelokupno Sunčevo zračenje, destilira vodu te preostale soli i minerale usmjerava prema neobrađenim bočnim dijelovima panela, odnosno pasivnoj zoni. Time se sprječava nakupljanje soli u aktivnom području i omogućuje neprekidan proces desalinizacije.
Guo ističe da su drugi istraživači razvili solarno-toplinske sustave desalinizacije koji dobro funkcioniraju u laboratorijskim uvjetima kada se koristi simulirana morska voda sastavljena samo od vode i natrijeva klorida. Kako voda isparava, natrijev klorid kristalizira u poroznom obliku kroz koji voda može prolaziti i ponovno otapati sol. Takvi se paneli pritom mogu lako očistiti.
Međutim, prava morska voda znatno je složenijeg sastava pa se takvi sustavi često suočavaju s problemima tijekom primjene u stvarnim uvjetima. Za razliku od natrijeva klorida, mnoge druge tvari prisutne u morskoj vodi, uključujući spojeve magnezija i kalcija, stvaraju tvrde i neporozne naslage koje začepljuju površinu solarnih panela. S vremenom voda više ne može prolaziti kroz njih. Riječ je o istom procesu zbog kojeg se s vremenom začepljuju tuševi ili u kuhalima za vodu nastaje kamenac, samo što morska voda sadrži stotine puta više soli od vode iz slavine.
Kako bi spriječio takvo nakupljanje naslaga, Guov tim precizno je oblikovao utore na površini crnog metala tako da se različite soli i minerali jednostavno odvajaju s površine. Iskoristili su i fizičku pojavu poznatu svakome tko je ikada prolio kavu – efekt prstena od kave.
„Ako prolijete kavu po površini, voda će s vremenom ispariti, a uz rub će ostati prsten sastavljen od koncentriranih čestica kave“, objašnjava Guo. „Mi koristimo isti princip kako bismo usmjerili soli prema pasivnom području.“
Ispitujući tehnologiju na uzorcima vode iz Tihog, Atlantskog i Indijskog oceana, istraživači su uspjeli postići samočisteću površinu. Drugim riječima, sustav je proizvodio pitku vodu i istodobno usmjeravao preostale soli prema pasivnom području, gdje su se mogle naknadno prikupiti bez smanjenja učinkovitosti panela.
Jedna od najvećih prednosti nove metode jest to što umjesto stvaranja rasola omogućuje izdvajanje gotovo 100 % soli u čvrstom obliku. Time se ne dobiva samo velika količina kuhinjske soli nego i mogućnost izdvajanja vrijednih minerala poput litija, koji se koristi u litij-ionskim baterijama za električna vozila i elektroničke uređaje.
U povezanom istraživanju objavljenom u časopisu Journal of Materials Chemistry A Guo i njegovi suradnici pokazali su kako se isti solarni paneli mogu koristiti za izdvajanje litija iz mješavine soli nastale tijekom desalinizacije. Ugradnjom nanočestica vodikova titanata u sitne utore na površini crnog metala moguće je odvojiti litij od ostalih soli i minerala.
„Dobivanje litija iz rudnika pokazalo se vrlo zahtjevnim i s energetskog i s okolišnog aspekta pa bi njegovo izdvajanje iz slane vode moglo predstavljati vrlo važan put u budućnosti“, kaže Guo.
Koristeći uzorke vode iz Velikog slanog jezera (Great Salt Lake – Utah, SAD), istraživači su uspjeli izdvojiti oko 50 % litija iz soli preostalih nakon procesa desalinizacije.
Guo ističe da je tehnologija samočisteće desalinizacije već uspješno demonstrirana na manjim eksperimentalnim uređajima te vjeruje da se može jednostavno primijeniti u velikim razmjerima. Takav bi sustav mogao poboljšati pristup pitkoj vodi diljem svijeta i pridonijeti stvaranju održivijih opskrbnih lanaca za vrijedne mineralne sirovine.
Stjepan Felber | Ekovjesnik