Bærekraftig Avsalting – Hvordan Moden Solteknologi Endrer Vår Tilnærming Til Vannkriser

Vann Er Liv

Investorer og teknologer tenderer til å fokusere på de mest verdifulle eller teknisk nyttige naturressursene og råvarene, som gull, sjeldne jordarter eller lithium. Men en mye enklere ressurs trengs i massive mengder daglig for å opprettholde vår sivilisasjon: ferskvann.

Mens det bokstavelig talt faller fra himmelen i de fleste deler av verden, er tilgjengeligheten likevel under alvorlig press i moderne sivilisasjon, ettersom vi forbruker mye av det til industri, jordbruk og menneskelige behov.

Kun 3% av verdens vann er brukbart ferskvann, med 97% som saltvann (salt grunnvann og sjøvann). Av dette ferskvannet er 69% lagret i isbreer og polare iskapper, 30% er grunnvann og bare 1% er overflatevann.

Source: USGS

Som resultat, er den eneste tilgjengelige vannkilden i mange steder saltvann. Avsalting er mulig, men krever en enorm mengde energi. Inntil nå, har det ofte blitt gjort med fossile brensler, ettersom de fleste avsaltingsteknikkene er energikrevende og krever konstant og stabil energitilførsel.

Dette kan endre seg, takket være en ny metode utviklet av MIT-ingeniører og publisert i Nature Water under tittelen “Direct-drive photovoltaic electrodialysis via flow-commanded current control.”

Solavsalting

Ved første øyekast, synes solkraft å være den mest logiske energikilden for å drive avsaltingsoperasjoner. Ikke bare er det gitt gratis av solen, men det er også generelt rikelig i tørre regioner som ørken, som ofte trenger avsalting mest.

Med solkraft som blir billigere for hver dag, vil det sannsynligvis fortsette å vokse som en energikilde, som vi dekket i vår artikkel “The Solar Age—A Bright Future To Mankind.”

Det er likevel ett problem – solenergi produseres bare når solen skinner. Dette betyr at for å operere effektivt, ville de fleste solkraft-baserte avsaltingsoperasjoner trenger å være koblet til et batterisystem, noe som øker kostnadene.

Dette er spesielt problematisk for nåværende avsaltingsteknikker, som reverosis, som trenger stabile forhold og en stabil energitilførsel for å være effektiv. Dette er fordi det krever konstant trykk på osmotiske membraner.

Dette utelukker all småskalavirksomhet og lavkostnadsmetoder, åtminstone så lenge energilagring er dyrt. Dette kan endre seg, som vi diskuterte i “The Future Of Energy Storage—Utility-Scale Batteries Tech“; likevel kan det være bedre å også tilpasse seg den naturlige fluktuasjonen i solkraft, inkludert meget korte fluktuasjoner som skyer som passerer.

Fleksibel Batch-Elektrodialyse

MIT-forskerne foretrakk denne tilnærmingen. De studerte elektrodialyse, en alternativ metode til reverosis for avsalting. Elektrodialyse bruker et elektrisk felt til å trekke ut saltioner mens vann pumpes gjennom en stabel med ion-byttemembraner.

Source: Nature Water

For deres nye design, skapte de et modellbasert kontrollsystem koblet til sensorer i alle deler av systemet. Det forutså den optimale raten til å pumpe vann og spenningen som skulle pålegges for å maksimere mengden salt som ble trukket ut av vannet.

Ved å gjøre dette, kunne avsaltingsoperasjonen fluktuere i henhold til solkraften som produseres i sanntid.

Source: Nature Water

I gjennomsnitt brukte systemet direkte 77 prosent av den tilgjengelige elektriske energien produsert av solcellene, som teamet estimerte var 91 prosent mer enn tradisjonelt designet sol-drevet elektrodialyse-systemer.

Ytterligere Forbedring

Den nesten doblede raten av solkraftutnyttelse sammenlignet med tidligere elektrodialyse-systemer kunne fortsatt forbedres med mer regelmessig optimalisering og automatisering:

Vi kunne bare beregne hver tre minutter, og i den tiden kunne en sky bokstavelig talt komme og blokkere solen.