Trasformare i rifiuti di desalinizzazione in una risorsa utile

Il processo sviluppato al MIT potrebbe trasformare la salamoia concentrata in sostanze chimiche utili, rendendo la desalinizzazione più efficiente.

David L. Chandler|Ufficio stampa del MIT

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Didascalia:

Gli impianti di desalinizzazione in riva al mare come questo scaricano in genere grandi volumi di salamoia concentrata in mare. I ricercatori del MIT hanno dimostrato che, invece, gran parte di questi rifiuti potrebbe essere trasformata in sostanze chimiche utili.

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L'illustrazione mostra il potenziale del processo suggerito. La salamoia, che potrebbe essere ottenuta dal flusso di rifiuti degli impianti di desalinizzazione a osmosi inversa (RO), o da impianti industriali o operazioni di estrazione del sale, può essere trattata per produrre sostanze chimiche utili come l'idrossido di sodio (NaOH) o l'acido cloridrico (HCl).

Titoli di coda:

Illustrazione per gentile concessione dei ricercatori

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L'industria della desalinizzazione in rapida crescita produce acqua potabile e per l'agricoltura nelle aride regioni costiere del mondo. Ma lascia come prodotto di scarto molta salamoia altamente concentrata, che di solito viene smaltita scaricandola di nuovo in mare, un processo che richiede costosi sistemi di pompaggio e che deve essere gestito con attenzione per prevenire danni agli ecosistemi marini. Ora, gli ingegneri del MIT affermano di aver trovato un modo migliore.

In un nuovo studio, mostrano che attraverso un processo abbastanza semplice il materiale di scarto può essere convertito in sostanze chimiche utili, comprese quelle che possono rendere più efficiente il processo di desalinizzazione stesso.

L'approccio può essere utilizzato per produrre idrossido di sodio, tra gli altri prodotti. Altrimenti noto come soda caustica, l'idrossido di sodio può essere utilizzato per pretrattare l'acqua di mare che entra nell'impianto di desalinizzazione. Questo modifica l'acidità dell'acqua, che aiuta a prevenire la formazione di incrostazioni delle membrane utilizzate per filtrare l'acqua salata - una delle principali cause di interruzioni e guasti nei tipici impianti di desalinizzazione ad osmosi inversa.

Il concetto è descritto oggi nella rivistaCatalisi della naturae in altri due articoli del ricercatore del MIT Amit Kumar, professore di ingegneria meccanica John. H. Lienhard V e molti altri. Lienhard è il Jameel Professor of Water and Food e il direttore del Abdul Latif Jameel Water and Food Systems Lab.

"La stessa industria della desalinizzazione ne utilizza una gran quantità", afferma Kumar dell'idrossido di sodio. “Lo stanno comprando, spendendo soldi per questo. Quindi, se riesci a farlo in situ nello stabilimento, questo potrebbe essere un grande vantaggio ". La quantità necessaria negli impianti stessi è di gran lunga inferiore al totale che potrebbe essere prodotto dalla salamoia, quindi esiste anche la possibilità che sia un prodotto vendibile.

L'idrossido di sodio non è l'unico prodotto che può essere prodotto dalla salamoia di scarto: un'altra sostanza chimica importante utilizzata dagli impianti di desalinizzazione e da molti altri processi industriali è l'acido cloridrico, che può anche essere facilmente prodotto in loco dalla salamoia di scarto utilizzando metodi di lavorazione chimica consolidati. La sostanza chimica può essere utilizzata per pulire parti dell'impianto di desalinizzazione, ma è anche ampiamente utilizzata nella produzione chimica e come fonte di idrogeno.

Attualmente, il mondo produce più di 100 miliardi di litri (circa 27 miliardi di galloni) al giorno di acqua dalla desalinizzazione, che lascia un volume simile di salamoia concentrata. Gran parte di questo viene pompato nuovamente in mare e le normative attuali richiedono costosi sistemi di scarico per garantire un'adeguata diluizione dei sali. La conversione della salamoia può quindi essere vantaggiosa sia dal punto di vista economico che ecologico, soprattutto perché la desalinizzazione continua a crescere rapidamente in tutto il mondo. "Lo scarico della salamoia sicuro per l'ambiente è gestibile con la tecnologia attuale, ma è molto meglio recuperare le risorse dalla salamoia e ridurre la quantità di salamoia rilasciata", afferma Lienhard.

Il metodo per convertire la salamoia in prodotti utili utilizza processi chimici ben noti e standard, inclusa la nanofiltrazione iniziale per rimuovere i composti indesiderabili, seguita da una o più fasi di elettrodialisi per produrre il prodotto finale desiderato. Sebbene i processi suggeriti non siano nuovi, i ricercatori hanno analizzato il potenziale per la produzione di sostanze chimiche utili dalla salamoia e hanno proposto una combinazione specifica di prodotti e processi chimici che potrebbero essere trasformati in operazioni commerciali per migliorare la fattibilità economica del processo di desalinizzazione, mentre diminuendone l'impatto ambientale.

"Questa salamoia molto concentrata deve essere maneggiata con attenzione per proteggere la vita nell'oceano, ed è uno spreco di risorse e costa energia per pomparla di nuovo in mare", quindi trasformarla in un bene utile è un vantaggio per tutti, Kumar dice. E l'idrossido di sodio è una sostanza chimica così onnipresente che "ogni laboratorio del MIT ne ha un po '", dice, quindi trovare mercati per questo non dovrebbe essere difficile.

I ricercatori hanno discusso il concetto con le aziende che potrebbero essere interessate alla fase successiva della costruzione di un impianto prototipo per aiutare a elaborare l'economia del mondo reale del processo. "Una grande sfida è il costo: sia il costo dell'elettricità che quello delle apparecchiature", in questa fase, afferma Kumar.

Il team continua anche a esaminare la possibilità di estrarre altri materiali a concentrazione inferiore dal flusso di salamoia, afferma, inclusi vari metalli e altre sostanze chimiche, che potrebbero rendere la lavorazione della salamoia un'impresa ancora più redditizia.

"Un aspetto che è stato menzionato ... e che ha risuonato fortemente con me è stata la proposta di tali tecnologie per supportare una produzione più 'localizzata' o 'decentralizzata' di queste sostanze chimiche al punto di utilizzo", afferma Jurg Keller, professore di gestione dell'acqua presso l'Università del Queensland in Australia, che non era coinvolta in questo lavoro. "Questo potrebbe avere alcuni importanti vantaggi in termini di energia e costi, poiché l'aumento della concentrazione e il trasporto di queste sostanze chimiche spesso aggiunge costi maggiori e una domanda di energia ancora maggiore rispetto alla produzione effettiva di questi alle concentrazioni che vengono tipicamente utilizzate".

Il team di ricerca comprendeva anche la dottoressa del MIT Katherine Phillips e la laureata Janny Cai e Uwe Schroder presso l'Università di Braunschweig, in Germania. Il lavoro è stato sostenuto da Cadagua, una filiale di Ferrovial, attraverso il MIT Energy Initiative.