Je leest:

Help, ik ga scheiden!

Help, ik ga scheiden!

Gastcolumn door chemisch technologe Maaike Kroon

Auteur: | 5 april 2011

Elke twee weken publiceert Kennislink een gastcolumn, met als columnist steeds een andere onderzoeker. Die schrijft vanuit zijn of haar vakgebied over de wetenschap achter een ontwikkeling in de maatschappij of een gebeurtenis in het dagelijks leven. Deze week chemisch technologe Maaike Kroon, de jongste vrouwelijke hoogleraar van Nederland. Zij werkt aan nieuwe scheidingstechnologie die kansen biedt om de groeiende wereldpopulatie goedkoop en energiezuinig van drinkwater te voorzien; dankzij ionische vloeistoffen.

Maaike Kroon (1980) werd in december 2010 aan de TU/e benoemd tot hoogleraar Scheidingstechnologie. Ze heeft in korte tijd een indrukwekkend CV opgebouwd met diverse cum laudes en aansprekende prijzen.
TU/e

Bijna zeven miljard mensen bevolken onze aardbol, en dat aantal groeit snel. Rond 2050 zijn we waarschijnlijk al met negen miljard. Het wordt hoe langer hoe lastiger om al die mensen, die steeds vaker in grote miljoenensteden wonen, van voldoende drinkwater te voorzien. Nu al hebben meer dan een miljard mensen geen toegang tot schoon drinkwater.

Met ontziltingstechnologie kun je uit zeewater heel goed drinkwater maken. Maar dat kost heel veel energie. Hoe komt het nu dat er zoveel energie nodig is om zout uit zeewater te halen?

In de eerste plaats heeft dat te maken met scheiden in het algemeen. Als je een lepel zout in een glas water doet, dan lost het zout spontaan op. Daar hoef je niets aan te doen, dat gaat vanzelf. Wil je dat scheiden, om weer zuiver water en zuiver zout te krijgen, dan moet je het spontane proces omkeren. Dat is verre van gemakkelijk en het gaat al helemaal niet spontaan. En dat geldt niet alleen voor ontzilten maar voor het scheiden van allerlei oplossingen en mengsels. Scheidingstechnologen stoppen daar al eeuwenlang letterlijk en figuurlijk veel energie in.

Water verwijderen kost energie

Er is nog een ander aspect dat ontzilten erg energie-intensief maakt. Vrijwel alle bestaande methoden gaan uit van het verwijderen van water, waardoor het zout overblijft. Het meest bekende voorbeeld is destillatie, waarbij het water verdampt en daarna weer condenseert. Andere veelgebruikte methoden zijn kristallisatie (waarbij het water uitkristalliseert tot ijs en een geconcentreerde zoutoplossing achterblijft) en omgekeerde osmose (waarbij een membraan onder druk water doorlaat maar zout tegenhoudt).

Omdat er erg veel water in zeewater zit (96,5%) kosten al deze technieken veel energie. In het gunstigste geval heb je nog altijd zo’n 290 kJ energie nodig per liter te ontzilten zeewater. Ter vergelijking: als dat elektrische energie zou zijn, dan kon je er een 40 Watt gloeilamp twee uur op laten branden. En dan hebben we het nog maar over één liter.

Deze ontziltingsinstallatie op het Jebel Ali terrein in Dubai produceert per dag meer dan 136 miljoen liter drinkwater via destillatie. Vooral in het Midden-Oosten wordt veel zeewater ontzilt. Energie is daar zo goedkoop dat het economisch kan. In gebieden waar energie schaars en duur is, zijn andere, energiezuinige ontziltingsmethoden nodig.

Chemisch scheiden is slimmer

Uit energetisch oogpunt is het veel verstandiger om niet het water af te scheiden, maar de kleinere hoeveelheid zout selectief uit het zeewater te halen. Dat is in algemene zin de focus van mijn onderzoek in de scheidingstechnologie: het selectief afscheiden van de component die in de kleinste hoeveelheid aanwezig is in het mengsel.

Dat lukt het best met scheidingsmethoden gebaseerd op een verschil in chemische eigenschappen, zoals een verschil in chemische interactie. Deze methoden maken gebruik van een hulpstof, die zeer selectief bindt aan één van de componenten. Voorbeelden zijn extractie, waarbij de af te scheiden stof bindt aan een vloeibare hulpstof, en adsorptie, waarbij de af te scheiden stof bindt aan een vaste hulpstof.

Een kolf met een ionische vloeistof.
TU Delft

Ionische vloeistoffen

Toegepast op het ontziltingsproces zou je dus een hulpstof moeten ontwikkelen die wel zout aantrekt, maar geen water. Ik hou me bezig met de ontwikkeling van dit soort nieuwe hulpstoffen. Voor de ontzilting richt ik me op ionische vloeistoffen. Dit zijn vloeibare zouten die volledig uit ionen bestaan (net zoals keukenzout), maar vloeibaar zijn bij kamertemperatuur.

Ionische vloeistoffen kunnen zout goed oplossen, maar zijn niet altijd mengbaar met water. Zo wordt het mogelijk om met een ionische vloeistof zout uit zeewater te extraheren, waarbij het water in zuivere vorm overblijft. Dat kost nog maar 17 kJ per liter te ontzilten zeewater. Zo kan dus 94% energie op het ontziltingsproces worden bespaard. Dat maakt dit proces economisch en ecologisch gezien zeer interessant. Ik stop daarom veel energie in het screenen van geschikte ionische vloeistoffen voor de zoutverwijdering. Daarbij kijk ik overigens niet alleen naar zeezout (natriumchloride) maar ook naar bijvoorbeeld de zouten van zware metalen met bijvoorbeeld fosfaten.

Er zit trouwens nog wel een addertje onder het gras. Het zout dat uit het water is verwijderd, zit immers chemisch gebonden aan de ionische vloeistof. Het vergt dan nog wel energie om het zout in zuivere vorm in handen te krijgen. Te denken valt bijvoorbeeld aan een behandeling met kooldioxide, die het zout laat neerslaan. Pas daarna is de ionische vloeistof te hergebruiken. Daarom zoeken we ook naar energiezuinige methoden om ionische vloeistoffen te regenereren.

Ik verwacht dat we er chemisch technologisch wel uit zullen komen. Maar uiteindelijk zal de regeneratiestap bepalen of een nieuw ontziltingsproces met ionische vloeistoffen economisch haalbaar is. Ik heb daar wel vertouwen in. Het zal uiteindelijk minder energie kosten om 3.5% zout terug te winnen (uit de ionische vloeistof), dan om 96.5% water te verdampen (zoals in het conventionele ontziltingsproces). En zo wordt scheiden toch nog leuk!

Meer over ionische vloeistoffen

Meer over ionische vloeistoffen op Kennislink

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/ionische-vloeistof/index.atom?", “max”=>"6", “detail”=>"minder"}

Meer over ontzilten op Kennislink

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/ontzilting/ontzouting/index.atom?m=of", “max”=>"6", “detail”=>"minder"}

Meer over drinkwater op Kennislink

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/drinkwater/ontzilting/index.atom", “max”=>"6", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van Kennislink (gastcolumnist).
© Kennislink (gastcolumnist), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 05 april 2011

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.