Op veel plekken op de wereld is te weinig zoet water voorhanden om drinkwater van te maken. Daar biedt destillatie van zout water met behulp van zonnewarmte uitkomst. Dat ontziltingsproces kan nog veel efficiënter door een roterende cilinder te gebruiken, laten wetenschappers in Rusland zien.
Het principe is heel eenvoudig: laat zonlicht vallen op een bassin met zout water en het water verdampt, terwijl de zouten achterblijven in het bassin. Door vervolgens de waterdamp te laten condenseren op een oppervlak, levert dat zoet, schoon water op.
Deze methode leent zich dan ook goed voor het maken van drinkwater in gebieden waar veel te weinig zoet water voorhanden is. Vaak gaat dat samen: gebieden waar de zon overvloedig schijnt, zijn droog en hebben geen rivieren of meren in de buurt. Denk bijvoorbeeld aan de woestijngebieden in het Midden-Oosten. Op industriële schaal wordt dit nog niet toegepast.
Bakken energie
Nu staan in dit soort landen grote ontziltingsinstallaties, die bakken energie verbruiken. De elektriciteit die hiervoor nodig is, wordt steeds vaker op duurzame manieren opgewekt, maar een aanzienlijk deel komt nog steeds van het verbranden van olie of gas.
Zonlicht
Daarom doen ingenieurs van de Ural Federal University (UrFU) in Rusland al een tijdje onderzoek naar het ontzilten van zeewater met zonlicht. Ze ontwikkelen en testen zogeheten ‘solar stills’, destilleervaten op basis van zonne-energie.
Hun nieuwste ontwikkeling is een kleine installatie met een roterende cilinder erin. Die draait met lage snelheid door het bassin met zout water en zorgt ervoor dat het water veel sneller verdampt. Daardoor gaat de opbrengst van deze kleine ontziltingsinstallatie omhoog met tot 400 procent, schrijven ze in een recent artikel in vaktijdschrift Case Studies in Thermal Engineering (gratis toegankelijk).
Holle cilinder
Dat werkt als volgt. Een roterende holle cilinder bevindt zich in een rechthoekig waterbassin (zie de figuur) en draait, aangedreven door een eenvoudige, zuinige elektromotor op zonne-energie, met lage snelheid rond: een halve omwenteling per minuut.
De crux is dat zich op beide zijden van de cilinder een dunne waterfilm vormt, waardoor het oppervlak van de waterlaag sterk wordt vergroot. En groter oppervlak betekent simpelweg: meer verdamping. De waterfilm wordt bij elke draai van de cilinder voortdurend vernieuwd, terwijl het water onder de cilinder ook nog eens wordt voorverwarmd met behulp van een zonnecollector.
Uitgebreid testen
De juiste snelheid van de cilinder is het resultaat van uitgebreid testen, schrijven de onderzoekers in hun artikel. Draait hij te snel, dan krijgt niet al het water dat eraan ‘plakt’ de kans om te verdampen; draait hij te langzaam, dan gaat dat ook ten koste van de opbrengst van schoon drinkwater.
Testen op dak
Na het bouwen van het prototype testte het team dit in 2019 gedurende enkele maanden op een dak in de Russische stad Jekaterinenburg, waar ook de universiteit van de onderzoekers staat. Daar bleek dat de aangepaste ontzilter-op-zonne-energie veel beter presteerde dan vergelijkbare apparaten die de cilinder niet aan boord hadden.
In de warme zomermaanden was de opbrengst zo’n 280 procent meer; in de koelere maanden van de herfst zelfs 300 tot 400 procent meer. In dat laatste geval had de toevoeging van de ronddraaiende cilinder dus nog meer effect. Het prototype produceerde in de zomer 12,5 liter schoon water per vierkante meter oppervlak (van de installatie); in de winter is dat een stuk minder, met 3,5 liter per vierkante meter.
Kosten
De kosten van het maken van een liter schoon drinkwater op deze manier liggen volgens de onderzoekers rond de 0,027 dollar (0,023 euro). Dit hebben zij berekend op basis van de kosten van de gebruikte materialen en de verwachte levensduur van de installatie.
Dit is veel duurder dan de prijs van een liter water die uit een bestaande ontziltingsinstallatie komt. Volgens ingenieursbureau Advisian kan een grote fabriek water leveren tegen een prijs van 0,0007 dollar per liter; een kleine installatie kan dat voor 0,00125 dollar per liter, nog altijd maar een fractie van de geschatte kosten met het destillatie-apparaat met de cilinder aan boord. Vaak kan een dergelijke prijs nog flink omlaag door het opschalen van een techniek. Hoe dat moet, daarover schrijven de onderzoekers niets in hun artikel.
Midden-Oosten
De onderzoekers denken dat hun technologie kan helpen in gebieden als het Midden-Oosten, om de komende jaren daar te zorgen voor betaalbaar drinkwater. Die regio heeft een grote zonne-energiecapaciteit, maar kampt regelmatig met watertekorten.
Daarvoor werken de ingenieurs alweer verder aan het verbeteren van hun techniek, om zo de kosten van schoon water verder omlaag te krijgen. Een mogelijke verbetering is het afstemmen van de draaisnelheid van de cilinder op het jaargetijde. Ook denken de onderzoekers aan het nog verder vergroten van het oppervlak van de draaiende cilinder. ‘Dat kunnen we doen door vinnen op het oppervlak aan te brengen, of golfjes’, schrijven ze in hun artikel.
Openingsfoto: De testopstelling op een dak in de Russische stad Jekaterinenburg. Links ter vergelijking een conventioneel zonne-destillatie-apparaat (CSS), rechts de nieuwe, aangepaste versie, met draaiende cilinder. Beeldmateriaal Alwan et al., Case Studies in Thermal Engineering, 2021.
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.