Italiaanse ingenieurs hebben een apparaat bedacht dat louter op zonlicht zeewater ontzilt met een opbrengst die tot vier keer hoger is dan bestaande methoden.

Nature-cover.

Het ontzilten gebeurt op een klassieke manier: verdamp het zeewater en zorg dat de ontzilte en schone waterdamp condenseert.  Maar de ingenieurs van de Polytechnische Universiteit van Torino doen dat door slim gebruik te maken van natuurlijke krachten. Hun artikel verscheen als cover op de nieuwste uitgave van Nature Sustainability.


Temperatuurverdeling

Het apparaat bestaat uit een serie distillatiecellen die boven op elkaar zijn gemonteerd. De bovenste cel verzamelt de zonnewarmte. Die heeft bovenop een laag zogeheten TiNOX dat heel goed zonnestraling omzet in warmte. De onderste cel heeft onderaan koelribben zodat die de temperatuur van de omgeving aannemen. Over de kolom van distillatiecellen ontstaat zo een temperatuurverdeling van zo’n 60 °C tot de omgevingstemperatuur boven het zeewater van zo’n 25 °C.
Het zeewater omhoog brengen naar de verschillende cellen gaat eenvoudig dankzij de capillaire werking in strips die zijn gemaakt van wateraantrekkend materiaal, vergelijkbaar met een katoenen veter die water uit een bak kan opzuigen.


Drie lagen

Elke distillatiecel bestaat uit drie lagen: de bovenste, waarnaar het zeewater wordt aangevoerd, is een verdamper, die bestaat uit een 1 mm dikke laag van wateraantrekkende microvezels. In elke cel heeft die laag de hoogste temperatuur.
 

Opbouw van de distillatiecel, met rechts de waterdampstroom tussen verdamper en condensator.


Via een luchtlaag of een waterafstotend membraan gaat de zo ontstane waterdamp naar de laag eronder, de condensor, met een lagere temperatuur. Dat verschil in temperatuur en het verschil in zoutgehalte zorgt ervoor dat er tussen verdamper en condensor een constante flow van waterdamp ontstaat. Zonder gebruik van pompen of wat dan ook. De waterdruppels die in de condensor ontstaan gaan vervolgens onder invloed van de zwaartekracht via een buisje naar de verzamelbak.


Vrijkomende warmte benutten

Bij het condenseren van de waterdamp komt warmte vrij. Bij de meeste andere zonverdampers gaat die verloren, maar de Italianen gebruiken zetten de warmte juist in dankzij die gestapelde cellen: de condensatiewarmte wordt nu benut in de verdamper eronder.

Onder laboratoriumomstandigheden met tien gestapelde cellen bereiken ze zo een opbrengst van 3 l water in een uur tijd. Dat is tot vier keer meer dat bij bestaande zonnecel-ontzilters.
 

Ontwerptekening van een distillatiecel.


Zoutkristallen

Doorspoelen van de verdampers.

Na verloop van tijd hoopt zich in de verdampers zout op, dat de werking ervan flink ondermijnt. Om dat te ondervangen moeten de microvezels regelmatig worden doorgespoeld. Dat kan in de nacht, bijvoorbeeld door een bak met zeewater iets boven de distillatie-eenheid te plaatsen zodat het water door de verdampers gaat lopen en het zout meeneemt. Op deze manier blijft het ontziltingrendement op peil.

Met zeewater bestaat altijd de kans op organische aangroei, maar er zijn, zo schrijven de Italiaanse ingenieurs, inmiddels membranen die die aangroei tegen gaan.