Desalinizacija morske vode bez kemikalija

Postrojenja za desalinizaciju vode mogla bi zamijeniti skupe kemikalije novim elektrodama od karbonske tkanine koje uklanjaju bor iz morske vode, što je važan korak u pretvaranju morske vode u sigurnu vodu za piće.

Studiju koja opisuje novu tehnologiju objavili su inženjeri sa Sveučilišta Michigan i Sveučilišta Rice u časopisu Nature Water.

Bor je prirodna komponenta morske vode koja postaje otrovni kontaminant u vodi za piće kada se provuče kroz konvencionalne filtere za uklanjanje soli. Razina bora u morskoj vodi otprilike je dvostruko viša od najblažih propisanih granica Svjetske zdravstvene organizacije za sigurnu vodu za piće, i pet do 12 puta viša od tolerancije mnogih poljoprivrednih biljaka.

U morskoj vodi bor postoji kao električki neutralna borna kiselina, pa prolazi kroz membrane reverzne osmoze koje obično uklanjaju sol odbijajući električno nabijene atome i molekule zvane ioni. Kako bi riješili ovaj problem, postrojenja za desalinizaciju obično dodaju bazu u svoju tretiranu vodu, što uzrokuje negativno elektrifikaciju borne kiseline. Drugi stupanj reverzne osmoze uklanja novonabijeni bor, a baza se nakon toga neutralizira dodavanjem kiseline. Ti dodatni koraci liječenja mogu biti skupi.

S obzirom da je globalni kapacitet desalinizacije iznosio ukupno 95 milijuna kubičnih metara dnevno u 2019., nove membrane mogle bi uštedjeti oko 6,9 milijardi dolara godišnje. Velika postrojenja za desalinizaciju - poput tvornice za desalinizaciju Claudea "Buda" Lewisa Carlsbada iz San Diega - mogla bi uštedjeti milijune dolara godišnje.

Takve vrste ušteda mogle bi pomoći da morska voda postane pristupačniji izvor pitke vode i ublažiti rastuću krizu vode. Očekuje se da će zalihe slatke vode zadovoljiti 40% potražnje do 2030. godine, prema izvješću Globalne komisije za ekonomiju vode iz 2023. godine.

Jovan Kamčev, asistent profesora kemijskog inženjerstva i makromolekularne znanosti i inženjerstva na Sveučilištu Michigan, otkrio je da nove elektrode uklanjaju bor hvatajući ga unutar pora prošaranih strukturama koje sadrže kisik. Te se strukture specifično vežu s borom dok propuštaju druge ione u morskoj vodi, čime se povećava količina bora koju mogu uhvatiti.

Ali strukture koje hvataju bor i dalje trebaju bor da bi imale negativan naboj. Umjesto dodavanja baze, naboj se stvara razdvajanjem vode između dvije elektrode, stvarajući pozitivne ione vodika i negativne ione hidroksida.

Hidroksid se veže za bor, dajući mu negativan naboj zbog kojeg se lijepi za mjesta hvatanja unutar pora u pozitivnoj elektrodi. Hvatanje bora elektrodama također omogućuje postrojenjima za pročišćavanje da izbjegnu trošenje više energije na drugi stupanj reverzne osmoze. Nakon toga, ioni vodika i hidroksida rekombiniraju se dajući neutralnu vodu bez bora.