Wetenschappers in de VS hebben een slim proces bedacht om van zout water drinkwater te maken. Het maakt gebruik van zonlicht en membranen en is goed op te schalen, zodat het een energiezuinige manier van ontzilting belooft.

Op veel plekken in de wereld is het een grote uitdaging: hoe maak je drinkwater als er geen zoetwaterbronnen in de buurt zijn? De eenvoudigste manier is door destillatie. Je neem zout water uit de zee, kookt het en de waterdamp condenseert op een kouder oppervlak, zodat je het zoete water kunt verzamelen.

Dit werkt, maar vereist grote installaties en is niet erg energie-efficiënt. Ingenieurs hebben daarom een alternatief bedacht: membraandestillatie. Daarbij warm je het zoute water op en laat je dat langs een poreus membraan stromen met aan de andere kant een koude stroom zoet water (zie figuur rechts, boven). Waterdamp gaat van warm naar koud door het membraan heen en het zout blijft achter; op deze manier win je zoet water. Het voordeel is dat je het zoute water niet hoeft te koken, dus er is wat minder energie nodig.

Toch gaat er nog een hoop warmte verloren. Om dit op te lossen, zet een team van onderzoekers in de Verenigde Staten nu een volgende stap. In het tijdschrift PNAS publiceren ze over een variant op het proces van membraandestillatie, waarbij zonlicht zorgt voor het opwarmen van het zoute water.
 

Gratis warmte

Dat doen ze heel vernuftig. Op het bestaande poreuze membraan brengen ze een extra doorlatend laagje aan, dat is gemaakt van een polymeer waar carbon-black-deeltjes doorheen zijn gemengd (zie figuur rechts, onder). Dit zijn heel zwarte deeltjes, die warm worden als er zonnestralen op vallen. Ze geven die warmte af aan het zoute water en op deze manier ontstaat het temperatuursverschil tussen de zoute stroom boven het membraan en de zoetwaterstroom aan de onderkant.

Het proces, dat nanophotonics-enabled solar membrane destillation (NESMD) is gedoopt, is dus eigenlijk gewoon membraandestillatie, maar dan met gratis warmte, namelijk van de zon. Een ontziltingsinstallatie op basis van dit proces heeft nauwelijks stroom uit het stopcontact nodig. Alleen het rondpompen van het water vereist elektriciteit, maar ook die kan komen van de zon, via een zonnepaneel.

De enige vereiste is dat de zon uitbundig schijnt. Als dat het geval is, kan een installatie op basis van dit principe, met een oppervlakte van 1 m2, 4 l drinkwater per dag maken; genoeg voor een huishouden van twee personen.
 

Circulerende stroom

De efficiëntie van het proces kan verder omhoog door de zoutwaterstroom, nadat die langs het membraan is gestroomd, te laten circuleren en nogmaals aan te bieden. Dit heeft twee voordelen: de warmte die nog in dat water zat, gaat niet helemaal verloren en er wordt meer drinkwater uit het zoute water gehaald.

De makers denken dat hun vinding vooral geschikt is voor armere landen. Daarvoor moeten ze wel nog eerst grotere installaties met dit proces gaan testen. De membraanmodule die ze nu succesvol hebben getest was 3,3 bij 6,8 cm groot. Ze werken al aan een grotere versie met een module van 25 bij 70 cm, zie de foto hieronder.



Het uiteindelijke doel is om een modulair systeem te produceren, waarbij gebruikers modules aanschaffen op basis van hun behoefte aan drinkwater; te vergelijken met zonnepanelen en elektriciteit. ‘Je kunt deze aan elkaar koppelen, net zoals je zonnepanelen koppelt in een zonnepark’, vertelt hoogleraar Qilin Li van Rice University in Houston, VS, in een persbericht. Een enkele module zou dan genoeg kunnen zijn voor een gezin en een rijtje aan elkaar gekoppelde membraanmodules zou een buurt van drinkwater kunnen voorzien.



Afbeeldingen en video: Rice University