Bylting í öfugri himnuflæði getur leitt til orkunýtnustu afsöltunar sjávar alltaf

(Nanowerk fréttir) Að búa til ferskt vatn úr sjó þarf venjulega mikla orku. Útbreiddasta aðferð við afsöltun er kölluð öfug himnuflæði sem vinnur með því að renna sjó yfir himnu við háan þrýsting til að fjarlægja steinefnin.

Nú hafa verkfræðingar Purdue háskólans þróað afbrigði af ferlinu sem kallast „lotu andstæða osmósa“ og lofar betri orkunýtni, búnaði sem endist lengi og getu til að vinna vatn með miklu hærra seltu. Það gæti endað sem framleiðandi á vatnsöryggi um allan heim.

Andstæða himnuflæði er notað í mörgum löndum; á þurrum stöðum eins og í Miðausturlöndum kemur meira en helmingur af fersku neysluvatnsbirgðum frá afsöltunarstöðvum. En til að viðhalda háum þrýstingi sem krafist er í ferlinu - allt að 70 sinnum andrúmsloftið - þarf að nota afsöltunarstöð mikla fjölda dælna og annars búnaðar. Og það notar mikla orku.

„Um það bil þriðjungur af ævikostnaði afsöltunarstöðvar er orka,“ sagði David Warsinger, lektor í vélaverkfræði Purdue. „Jafnvel smá endurbætur á ferlinu - nokkur prósentustig munur - geta sparað hundruð milljóna dollara og hjálpað til við að halda CO2 utan andrúmsloftsins.“

Í doktorsnámi sínu við MIT þróaði Warsinger hugmyndina um „lotu öfug osmósu“. Frekar en að halda stöðugu sjávarstreymi við þessi háu þrýstingsstig, tekur lotuferlið inn ákveðið magn af vatni í einu; vinnur það; losar það; og endurtekur síðan ferlið með næstu lotu.

„Hver ​​lota keyrir í um það bil eina til tvær mínútur,“ sagði Warsinger. „Við aukum þrýstinginn með tímanum, minnkum magnið með tímanum og við endum með mun minni orku til að framleiða sama magn af fersku vatni.“

Framhaldsnemar Abhimanyu Das (til vinstri) og Akshay Rao stilla stimpilgeymi, lykilþáttinn í nýju afsöltunarferli sem kallast „tvöfaldur virkni lotu andstæða osmósi.“ (Mynd: Jared Pike, Purdue háskólinn)

Þrátt fyrir að sumar afsöltunarstöðvar hafi reynt að nota tækni við lotuhlutfall hefur engin nokkru sinni innleitt heilt lotukerfi - að hluta til vegna tímabila milli lotna.

„Það tekur tíma og orku að dæla hverri lotu af vatni og dæla síðan næsta vatnsskammti til vinnslu,“ sagði Warsinger. „Að eyða þeim tíma og orku fellur almennt úr hagræðingarhagnaðinum sem þú fengir af því að nota lotuferlið. Þess vegna þróuðum við lausn sem kallast „tvöfaldur virkur hópur öfugrar osmósu.“ “

Tvöfaldur stimpli

Þetta nýja ferli notar stimpilgeymi - háþrýstihylki með stimpla í miðjunni. Meðan önnur hlið stimpla sendir sjó fram í vinnslulykkjuna fyllist hin hlið stimpilsins samtímis með næsta sjóvatnsröð í biðröðinni. Þegar einu lotuferlinu lýkur, sprautar stimplinn næsta sjóvatns óaðfinnanlega í kerfið en fyllir samtímis hina hliðina með næsta sjóvatnsmengun í röðinni og ferlið endurtekur stöðugt.

„Í stað þess að tæma stimpilinn að fullu í hvert skipti eða nota annan vökva eða gas til að þrýsta á stimpilinn fyllum við hann með næsta sjóvatnshluta,“ sagði Warsinger. „Svo að frekar en ein hlið stimpla sé í raun dauður rými, notum við sjóinn sjálfan til að ná tvöföldum tolli úr þessum stimpli, svo það er nánast enginn niður í miðbæ.

„Samkvæmt fyrirmyndum okkar býður þetta fyrirhugaða kerfi upp á minnstu orkunotkun til afsöltunar sjávar. Þetta er áfangi besti í bekknum. “

Rannsóknir þeirra hafa verið birtar íAfsölvun (GG quot; tvöfaldur virkur hópur andstæða osmósa stillingar fyrir bestu skilvirkni í flokki og litla niður í miðbæ").

„Niður í miðbæ er í raun eitthvað sem þú vilt forðast,“ sagði Sandra Cordoba, Purdue meistaranemi í vélaverkfræði og fyrsti höfundur blaðsins. „Ef þú þarft að þjónusta kerfið eftir hverja hringrás, missirðu alla orkunýtni þína. Að draga úr eða útrýma þeim stöðvunartíma er lykilatriðið sem gerir öfugan osmósuhóp framkvæmanleg. “

Cordoba þróaði einnig fræðileg vökvamódel sem notuð eru í blaðinu.

„Andstæða himnuflæði er flókið ferli,“ sagði Cordoba. „Til að meta velgengni þess þarftu að fylgjast með mörgum breytum: vatnsþrýstingur, magn, selta, endurheimtahlutfall, tími og orka. Með þessum gerðum tókst okkur að ákvarða rétt magn af þrýstingi með tímanum til að ná sem bestum árangri með því að nota lágmarks orku. “

Hve stór er stimplatankurinn? Það fer eftir stærð kerfisins.

„Andstæða osmósi starfar á fjölmörgum vogum,“ sagði Warsinger. „Heimili á Indlandi eru oft með ör öfug osmósukerfi fyrir eigið heimili, þar sem þú gætir haft það í höndunum. Fyrir tilraunir okkar höfum við smíðað líkanakerfi þar sem stimplatankurinn er um það bil slökkvitæki. Í álveri í fullri stærð gæti það verið hundrað fet að lengd. En fegurðin við það er að það er ekki flókinn búnaður; það er í raun rör, með vatnsþéttum stimpla í miðjunni. En þessi stimpilgeymir breytir öllu. “

Rannsóknarstofa Warsinger hefur notað þessa tvöföldu lotuþróun til að ýta undir nokkrar nýjar framfarir í afsöltun. Abhimanyu Das, Purdue Ph.D. nemi í vélaverkfræði, hefur birt rannsóknir sem lýsa afbrigði af ferlinu sem kallast „lotu gagnstreymi andstæða himnuflæði.“ Með því að endurnýta ákveðinn styrk vatns beggja vegna himnunnar er sýnt fram á að Das er orkunýtnasta afsöltunarferlið fyrir salt með miklu salti, en þarfnast færri íhluta. Og Purdue meistaranemi Michael Roggenburg hefur birt rannsóknir sem sýna að sambland af öfugri osmósu í lotu og endurnýjanlegri orku gæti hugsanlega skilað fersku vatni yfir öll 1.954 mílna landamæri Bandaríkjanna og Mexíkó.

„Vatnsöryggi er mikið mál um allan heim sem ég hef eytt öllum mínum starfsferli í,“ sagði Warsinger. „Þessar niðurstöður með öfugri osmósu eru mjög spennandi. Ef við lækkum kostnaðinn aðeins, þá verður afsöltun raunhæfur kostur fyrir fleiri staði. Það gæti verið umbreytandi. “