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.
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.
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
- Ionische vloeistoffen: meer dan ideale oplosmiddelen
- De ideale oplossing
- Ionische vloeistoffen bieden nieuwe mogelijkheden
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"}