H2O Oh, oh…

Oude zeemanDe aandacht voor olie en (schalie)gas in de media is overweldigend. Het dreigende gebrek daaraan wordt nog steeds als een van de belangrijkste bedreigingen voor de toekomst gezien. Dat is ook zeker waar, maar er zijn nog meer uitdagingen waar we als mensheid in de toekomst voor staan. In de blog The best way to predict the future is to create it heb ik dat al aangestipt. Een evenzo belangrijke bron van schaarste in de toekomst is: drinkwater. Door toenemende wereldwijde lozingen van publiek en industrieel afvalwater en inadequate manieren om het water te reinigen neemt de zorg om schoon drinkwater toe. De schoonwaterconsumptie van de mensheid is in 100 jaar met een factor 6 toegenomen, twee keer zoveel als de groei van de bevolking. We zijn dus, net als met energie, per persoon veel meer gaan consumeren. Vandaag de dag leeft ongeveer 1/3 deel van de wereldbevolking in gebieden met te weinig drinkwater. Als deze trend zich voortzet tot 2025 dan neemt dat aandeel toe tot 2/3 deel. Dat komt overeen met ongeveer 4,5 miljard (!) mensen. Tijd dus om maatregelen te treffen.

Drinkwaterproduktie


De oplossing moet gezocht worden in innovatieve technieken van het ontzouten van zee-en brakwater, het terugwinnen van behandeld industrieel/publiekelijk afvalwater en een beter management van de waterkwaliteit afhankelijk van het eindgebruik (drinkwater, waswater, industrieel water etc.)

10024850_s

Er zijn twee methoden om drinkwater uit zout/brakwater te winnen: thermisch (door verwarmen en afkoelen) en niet-thermisch, waarvan omgekeerde osmose de meest gebruikte is. Bij thermische ontzouting wordt zeewater in een warmtewisselaar met stoom opgewarmd, een deel van het zoute water verdampt daardoor en wordt elders in het systeem opgevangen en gecondenseerd. Simpelweg: destillatie genoemd. Wat overblijft na het condenseren is een zoutvrij water. Doordat er een deel van het water uitgedampt is, zal de concentratie van het zout in het water dat achterblijft steeds meer toenemen en zal dit hoog geconcentreerde zoute water weer in het milieu geloosd moeten worden. Het voordeel van deze technologie is dat het vrij recht toe recht aan is. Nadeel is de beperking van de temperatuur ivm de afzetting van zouten op de warmtewisselaars en het relatieve hoge energieverbruik. Dit laatste kan weer worden opgelost door gebruik te maken van duurzame energiebronnen zoals de zon. Bij niet-thermische systemen wordt gebruik gemaakt van membranen. Membranen zijn platen of buizen met hele kleine gaatjes: microporiën. Afhankelijk van de grootte van de poriën worden bijvoorbeeld bacteriën tegengehouden (Microfiltratie), virussen (Ultrafiltratie), suikers (Nanofiltratie) en zouten (Omgekeerde Osmose).

Omgekeerde osmose

Osmose berust op het natuurlijke verschijnsel dat “iets” met een hoge concentratie naar “iets” met een lage concentratie stroomt (diffusie genaamd). Als twee ruimtes van elkaar worden gescheiden door een membraan waar alleen de watermoleculen doorheen kunnen en niet de zout-”moleculen” (een zogenaamd halfdoorlatend of semi-permeabel membraan), zal een deel van het water naar de kant van de zouten stromen. Het waterniveau aan die kant neemt dan toe. Als het niveau hoger wordt neemt de druk die de waterkolom op het membraan uitoefent ook toe. Als de waterdruk, die het water terug door het membraan wil drukken, even hoog is als de kracht van de osmose, die het water naar de kant van de hoge zoutconcentratie wil drukken, zal de waterstroom ophouden en is het systeem in evenwicht. De druk waarbij dit plaatsvindt wordt de osmotische druk genoemd. Als er druk op de kant wordt gezet die hoger is dan de osmotisch druk zal het water weer terugstromen naar de kant van de lage zoutconcentratie. Dit wordt omgekeerde osmose genoemd en op die manier wordt er zoet water uit zout water gewonnen. Dit principe wordt al op grote schaal toegepast in gebieden met veel zout water en weinig zoet water.

Osmose

Als de technologie al bekend is, wat is dan het probleem?

Allereerst is daar natuurlijk het kostenaspect: zowel het thermische proces als het membraanproces gebruiken energie. Hoewel drinkwater het goedkoopste product op aarde is, is het voor sommige gebruikers toch nog te kostbaar. De kosten zijn sterk afhankelijk van hoe vervuild en hoe zout het water is, de locatie en energiekosten ter plaatse.

Verder komen er steeds meer stoffen in het milieu die onvoldoende door afvalwaterzuiveringsinstallaties worden afgebroken en in het drinkwater terecht kunnen komen zoals medicijnen, Arsenicum uit LED verlichting en van impregneermiddel voor tuinhout, Cadmium en Lithium uit batterijen. Nieuwe studies hebben bijvoorbeeld aangetoond dat de negatieve gezondheidseffecten voor de mens bij de huidige maximale grenswaarde die nog geloosd mag worden hoger zijn dan altijd gedacht. Er zijn dan ook ideeën om deze 50 jaar oude grenswaarde een factor 5 te verlagen. Ga d’r maar aanstaan met je huidige technologie.

En de oplossing is?

Er dienen dus betere membranen te komen die nog beter het kaf van het koren kunnen scheiden. Hoopgevend zijn nieuwe materialen zoals grafeen en “buckyballs” (beiden volledig uit koolstofatomen opgebouwd, alleen de structuur is anders) en nanotubes (holle vezels die 50.000 keer dunner zijn dan een menselijke haar). Verder wordt gekeken naar combinaties van technologieën om het beste van alle werelden met elkaar te combineren: bijvoorbeeld destillatie, membranen en kristallisatie. Bij kristallisatie wordt zuiver (keuken)zout uit het water gehaald dat weer kan worden hergebruikt en niet weer terug in het milieu hoeft te komen.

Last but not least moeten er geïntegreerde systemen komen die een meer rationele toepassing van water mogelijk maken. Door “ontzout” systemen, afvalwaterzuivering en hergebruik van water te combineren kan de waterkwaliteit gemaakt worden die voor die toepassing de meest optimale is. Laten we eerlijk zijn, het is toch ook van de gekken om de tuin te sproeien of de wc door te spoelen met (steeds meer schaars wordend) drinkwater?

2 antwoorden
  1. Jan Piek
    Jan Piek zegt:

    Beste Enrico,

    Net als met zon en wind energie is zoet water makkelijk te winnen. Alle industriële koelinstallaties hun waterdamp
    terug laten koelen m.b.v. (overtollige) zon/wind/water energie. Industrieel zoet water zou zeker voor 90% gerecycled te worden.Een kwestie van gezond verstand toch.

    Beantwoorden

Plaats een Reactie

Meepraten?
Draag gerust bij!

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *