Een nieuwe techniek is erin geslaagd om zout water vlot en energie-efficiënt te ontzilten, zonder dat er veel schadelijk restafval overblijft. Integendeel: uit het overgebleven zout kunnen zelfs waardevolle grondstoffen gewonnen worden.
Naar schatting 2,2 miljard mensen hebben geen toegang tot veilig drinkwater, volgens cijfers van de Verenigde Naties. Andere gemeenschappen, van gezinnen in Californië tot in het Midden-Oosten, zijn afhankelijk van ontziltingsinstallaties die zeewater omzetten in zoet water.
Gangbare technieken om dat te doen zijn onder meer omgekeerde osmose en thermische destillatie. Ze zijn efficiënt, maar ook bijzonder energie-intensief en vereisen veel voor- en nabehandeling van het water. Bovendien laten ze ‘pekel’ achter, dat grote schade toebrengt aan het zeeleven wanneer het terug in de oceaan wordt geloosd, doordat het zoutgehalte stijgt en het zuurstofgehalte in het water daalt.
Een nieuw procedé, ontwikkeld door een team van de Universiteit van Rochester, biedt een manier om die nadelen te overwinnen. Het ‘zonne-thermisch ontziltingsproces’ vraagt veel minder energie, laat geen pekel achter en heeft geen nood aan chemische additieven om het water voor te behandelen, stelt hoofdauteur en hoogleraar Optica en Natuurkunde Chunlei Guo in het vakblad Light: Science & Applications.
Het systeem maakt gebruik van zonnepanelen van zwart metaal die met lasers zijn geëtst, waardoor het oppervlak extreem veel licht absorbeert en water zeer goed aantrekt. Als het water over het oppervlak van de zonnepanelen stroomt, absorbeert het bijna alle zonnestraling, wat het water destilleert en de overgebleven zouten en mineralen afzet in de onbehandelde zijkanten of het ‘passieve’ gebied van het paneel.
Koffiering-effect
Zeewater heeft een complexe samenstelling, en daar liepen veel systemen in het verleden wat op vast. Sommige componenten in zeewater kristalliseren tijdens het ontziltingsproces op het oppervlak van het zonnepaneel, waardoor het verstopt raakt en er uiteindelijk geen water meer doorheen kan sijpelen. Dat is hetzelfde fenomeen als een douchekop die na verloop van tijd verstopt raakt.
Om te voorkomen dat het oppervlak van hun zonnepanelen op dezelfde manier zou verstoppen, heeft het team van Guo de groeven in het zwarte metaal nauwkeurig geëtst, zodat de verschillende zouten en mineralen in zeewater er gewoon afglijden. Ze maakten ook gebruik van een natuurkundig verschijnsel waar onhandige koffiedrinkers soms last van hebben: het koffiering-effect.
“Als je koffie op een oppervlak morst, verdampt het water uiteindelijk en blijft er aan de buitenrand een ring achter met daarin de geconcentreerde koffiedeeltjes”, legt Guo uit. “We gebruiken datzelfde principe om de zouten naar het passieve gebied van de panelen te verplaatsen.”
In dat passieve gebied kunnen reststoffen later worden verzameld zonder de efficiëntie van het paneel te verminderen.
Afval terug omzetten in grondstoffen
Een van de duidelijke voordelen van deze nieuwe methode is dat er geen pekel achterblijft die moet worden afgevoerd of verwerkt, maar dat bijna 100 procent van de zouten in vaste vorm worden herwonnen. Dat kan een overvloedige voorraad aan keukenzout opleveren, of worden gebruikt om kostbaardere mineralen te winnen, waaronder lithium, dat wordt gebruikt in lithium-ionbatterijen die onder meer nodig zijn in elektrische voertuigen.
“Het winnen van lithium uit de grond is vanuit energie- en milieuoogpunt zeer belastend”, zegt Guo. “Lithium rechtstreeks uit zout water halen, zou in de toekomst een zeer belangrijke methode kunnen worden.”
Met behulp van watermonsters uit het Great Salt Lake in de Amerikaanse staat Utah, slaagden de onderzoekers erin om ongeveer 50 procent van het lithium te extraheren uit de zouten die bij het ontziltingsproces achterbleven.
Guo zegt dat de werking van het nieuwe procedé bewezen is in kleinschalige installaties en hij de technologie inherent schaalbaar acht. Hij gelooft in de mogelijkheid om de wereldwijde toegang tot drinkwater te verbeteren en duurzamere toeleveringsketens voor kostbare mineralen op te bouwen.
