Przełom w Purdue może zmienić przemysł odsalania

Woda podtrzymuje całe życie i służy jako kolebka cywilizacji.niedobór wody stał się jednym z największych wyzwań ludzkości w XXI wiekuOd Afryki dotkniętej suszą po regiony Bliskiego Wschodu dotknięte problemami wodnymi i coraz bardziej wrażliwe kraje rozwinięte, niedobór wody słodkiej zagraża globalnej stabilności i rozwojowi.

Technologia odwróconej osmozy (RO), odpowiedzialna za ponad połowę produkcji wody słodkiej w suchych regionach, takich jak Bliski Wschód,wymusza wodę morską przez półprzepuszczalne błony pod ekstremalnym ciśnieniem do 70 razy większym niż ciśnienie atmosferyczne, aby wydobyć czystą wodęPodczas gdy utrzymanie tych ciśnienia jest skuteczne, wymaga ogromnego zużycia energii przez pompy i urządzenia, co znacząco przyczynia się do kosztów operacyjnych i emisji dwutlenku węgla.

David Warsinger, asystent profesora inżynierii mechanicznej na Uniwersytecie Purdue, wyjaśnia: "W ciągu całego cyklu istnienia instalacji odsalania około jednej trzeciej kosztów pochodzi z energii."Nawet niewielkie poprawy wydajności o kilka punktów procentowych mogą zaoszczędzić setki milionów dolarów przy jednoczesnym zmniejszeniu emisji CO2. "

Jako światowy lider badań STEM, Uniwersytet Purdue zebrał wyjątkowy zespół zajmujący się problemami niedoboru wody.opracowanie koncepcji, które znacząco poprawiają efektywność energetyczną.

W trakcie studiów doktoranckich na MIT Warsinger zaprojektował "Batch Reverse Osmosis", czyli przetwarzanie wody w oddzielnych partiach zamiast w ciągłych przepływach." Warsinger opisujeStopniowo zwiększamy ciśnienie przy jednoczesnym zmniejszaniu objętości, w końcu produkując równoważną wodę słodką przy mniejszej energii.

Tradycyjne systemy seryjne traciły wydajność podczas przerywanych cykli.Używamy wody morskiej do napędzania kolejnego cyklu.Warzinger wyjaśnia: "To podejście podwójnego działania zapewnia niemal ciągłą pracę".

Badania opublikowane wOdsalaniewykazuje, że system ten osiąga bezprecedensową efektywność energetyczną, potencjalnie wyznaczając nowe benchmarki w branży.

Naukowiec Sandra Cordoba, główny autor badania, opracowała modele hydrauliczne w celu optymalizacji wydajności.czasu i energii"Nasze modele identyfikują idealne profile ciśnienia przy minimalnym zużyciu energii".

Rozmiar komory tłokowej dostosowuje się do potrzeb zastosowań, od przenośnych urządzeń gospodarstwa domowego po instalacje na skalę przemysłową."a jednak ta prostota umożliwia efektywność transformacyjną. "

Kandydat doktorancki Abhimanyu Das opracował odmianę o nazwie Batch Counterflow Reverse Osmosis, która krąży określonymi stężeniami wody na powierzchni błony.Innowacja ta okazuje się szczególnie skuteczna w przypadku zastosowań o wysokiej zawartości soli, takich jak oczyszczanie ścieków przemysłowych.

Badania absolwenta Michael Roggenburg pokazują, jak partia RO w połączeniu z energią odnawialną może zapewnić słodką wodę wzdłuż granicy USA-Meksyk.Systemy słoneczne lub wiatrowe oferują rozwiązania wolne od paliw kopalnych dla regionów zagrożonych problemem wodnym.

"Bezpieczeństwo wody jest kluczowym globalnym wyzwaniem" - mówi Warsinger. "Jeśli uda nam się nieznacznie obniżyć koszty, odsalanie stanie się opłacalne dla większej liczby społeczności, co może mieć wpływ na zmiany".

Biuro komercjalizacji technologii Fundacji Badawczej Purdue złożyło patenty na te innowacje, ułatwiając rzeczywiste zastosowania w celu rozwiązania problemu niedoboru wody.

Wspierany przez dotacje Komisji Fulbright, National Renewable Energy Laboratory i Uniwersytetu Purdue,Zespół Warsingera nadal rozwija rozwiązania, które pewnego dnia mogą przekształcić nasze oceany w niezawodne źródła słodkiej wody.Ich praca jest przykładem tego, w jaki sposób innowacje technologiczne w połączeniu ze zrównoważonymi praktykami mogą rozwiązywać najbardziej palące wyzwania związane z zasobami ludzkości.