Istraživači sa Sveučilišta New York nude energetski učinkovito rješenje za globalnu vodnu krizu
RFD sustav mogao bi pomoći u rješavanju globalnog problema nedostatka vode
Istraživači su postigli velik napredak u razvoju nove elektrokemijske metode desalinizacije, odnosno sustava redoks protočne desalinizacije (RFD) kojim se slana morska voda pretvara u pitku uz istovremeno pohranjivanje obnovljive energije.
U radu objavljenom 17. siječnja u časopisu Cell Reports Physical Science, objašnjava se kako su istraživači sustavom redoks protočne desalinizacije (Redox flow desalination - RFD) uspjeli povećati stopu uklanjanja soli za približno 20 posto, dok su istovremeno smanjili njegovu potražnju za energijom optimizacijom protoka tekućine.
RFD sustav pruža skalabilan i fleksibilan pristup skladištenju energije, omogućujući učinkovito korištenje obnovljivih izvora energije kao što su energija Sunca i vjetra te nudi energetski učinkovito rješenje za globalnu vodnu krizu.
„Besprijekornom integracijom skladištenja energije i desalinizacije, naša je vizija stvoriti održivo i učinkovito rješenje koje ne samo da zadovoljava sve veću potražnju za pitkom vodom, već također zagovara očuvanje okoliša i integraciju obnovljive energije“, kaže André Taylor, profesor kemijskog i biomolekularnog inženjerstva u Inženjerskoj školi Tandon Sveučilišta New York.
RFD može smanjiti ovisnost o konvencionalnim električnim mrežama i potaknuti prijelaz na ugljično neutralan i ekološki prihvatljiv proces desalinizacije vode. Nadalje, integracija redoks protočnih baterija (Redox flow battery - RFB) s tehnologijama desalinizacije povećava učinkovitost i pouzdanost sustava.
Svojstvena sposobnost redoks protočnih baterija da pohrane višak energije tijekom razdoblja izobilja i isprazne je tijekom najveće potražnje neprimjetno se usklađuje s fluktuirajućim energetskim zahtjevima procesa desalinizacije, navode istraživači.
- Shema za četverokanalni RFD u jednoprolaznom načinu rada s A/A*, predstavlja elektrokemijske reakcije redoks vrsta otopljenih u vodljivim otopinama soli i kanale odvojene membranom za kationsku izmjenu (CEM) i membranu za anionsku izmjenu (AEM). © NYU
Zamršenost sustava uključuje podjelu ulazne morske vode u dva toka: tok za salinizaciju (CH 2) i tok za desalinizaciju (CH 3). Dva dodatna kanala sadrže elektrolit i redoks molekulu (A/A*). Ti su kanali učinkovito odvojeni ili kationskom izmjenjivačkom membranom (CEM) ili anionskom izmjenjivačkom membranom (AEM).
U CH 4, elektroni se dovode od katode do redoks molekule, ekstrahirajući Na+ koji difundira iz CH 3. Redoks molekula i Na+ se zatim transportiraju do CH 4, gdje se elektroni dovode do anode iz redoks molekula, a Na+ je dopušteno difundirati u CH 2. Pod ovim ukupnim potencijalom, Cl- ioni se kreću od CH 3 kroz AEM do CH 2, tvoreći koncentriranu slanu vodu. Posljedično, CH 3 stvara slatkovodni tok.
„Možemo kontrolirati vrijeme zadržavanja ulazne morske vode za proizvodnju pitke vode radom sustava u jednom prolazu ili šaržnom načinu rada“, kaže prvi autor Stephen Akwei Maclean.
U obrnutom postupku, gdje se miješaju slana i pitka voda, pohranjena kemijska energija može se pretvoriti u obnovljivu električnu energiju. RFD sustavi tako mogu poslužiti kao jedinstveni oblik „baterije“, hvatajući višak energije pohranjene iz izvora sunca i vjetra.
Ova pohranjena energija može se osloboditi na zahtjev, pružajući svestran i održiv dodatak drugim izvorima električne energije kada je to potrebno. Dvostruka funkcionalnost RFD sustava pokazuje njegov potencijal ne samo u desalinizaciji, već i kao inovativni doprinos rješenjima za obnovljivu energiju.
Iako su neophodna daljnja istraživanja, ova otkrića ukazuju na mogućnost isplativijeg RFD procesa koji će omogućiti velik napredak u globalnoj potrazi za povećanjem količine pitke vode.
Uz rast svjetske populacije i sve izraženije posljedice klimatskih promjena, sve veći dio svijeta suočava se s problemom nedostatka vode što naglašava značaj inovativnih i učinkovitih metoda desalinizacije.
Radu su uz istraživače sa Sveučilišta New York pridonijeli i istraživači kineskog Sveučilišta Jiao Tong u Šangaju.
Stjepan Felber | Ekovjesnik