מהנדסים מ- University of California, Riverside פיתחו שיטה חדשה למיצוי מים (ביעילות של כמעט 100%) מתמיסות עם ריכוזי מלח גבוהים מאוד. המערכת צפויה להקל על מחסור המים באזורים צחיחים, וכן להפחית את הבעיות הקיימות כיום סביב השלכת מי הרכז בעלי המליחות הגבוהה, כגון פסולת הנוצרת בתהליך סדיקה הידראולית (Hydraulic fracturing).
המחקר, שפורסם בכתב העת Nature Nanotechnology, כלל פיתוח של רכיב חימום בצורת ננו-צינור העשוי מפחמן (Carbon nanotube), אשר מטרתו לשפר משמעותית מיצוי של מים מתוקים במסגרת תהליך זיקוק ממברנלי (Membrane distillation). את הפרויקט לפיתוח המערכת הוביל David Jassby, פרופסור להנדסה כימית וסביבתית ב- Bourns College of Engineering שבאוניברסיטת California.
כיום, אוסמוזה הפוכה (Reverse osmosis) היא השיטה הנפוצה ביותר לסילוק מלחים ממי ים, שפכים ומים מליחים, אך קיים קושי בטיפול במי הרכז הנוצרים לאחר השימוש בשיטה. תמיסות מי הרכז (Brine), נוצרות בכמויות גדולות בעת אוסמוזה הפוכה (כתוצר פסולת) וכן בתהליך סדיקה הידראולית (כמים מזוהמים שנוצרים בתהליך). כדי להימנע מנזקים סביבתיים יש להפטר בצורה מסודרת ממי הרכז הנוצרים בתהליכים אלו. לעיתים קרובות, מי הרכז הנוצרים בתהליך הסדיקה ההידראולית מורחקים לבארות החדרה
(Injection wells), אך ישנם מחקרים המראים כי שיטה זו עלולה לגרום לעלייה ברעידות אדמה מקומיות.
אחת השיטות להתמודדות עם מי הרכז היא זיקוק ממברנלי (Membrane distillation), טכנולוגיית התפלה תרמית, במסגרתה חום מניע אדי מים דרך ממברנה ומאפשר מיצוי של המים, בעוד המלח נשאר מאחור (לא עובר את הממברנה). עם זאת, הרכז המחומם הנו תרכובת מאוד קורוזיבית, באופן המחייב הטמעת רכיבים יקרים, ביניהם ממירי חום, במערכת הזיקוק הממברנלי. בנוסף, מכיוון שהתהליך מסתמך על קיבולת החום של המים, שיעור מיצוי המים במעבר אחד דרך הממברנה הנו נמוך יחסית (פחות מ-10%), ולכן מוביל לדרישות מורכבות בניהול החום בתהליך.
בתהליך אידיאלי, התפלה תרמית תאפשר מיצוי של כל המים ממי הרכז, ותשאיר מאחור כמות זעירה של מלח גבישי מוצק, בו ניתן יהיה להשתמש במידת הצורך או לסלקו. אך תהליכי הזיקוק הממברנלי הקיימים כיום, מסתמכים על הזנה מתמדת של מי רכז מחוממים דרך הממברנה, באופן שמגביל את שיעור מיצוי המים דרך הממברנה ל-6 אחוזים בערך.
לאור זאת, במחקר הנוכחי החוקרים פיתחו ממברנה המתחממת באופן עצמאי ועשויה מפחמן בצורת ננו-צינור (Carbon nanotube). הממברנה החדשה מחממת את מי הרכז רק כאשר היא מצויה על פני שטח הממברנה. מערכת זו מפחיתה את כמות החום הדרושה בתהליך, וכן מגדילה את שיעור מיצוי המים לכמעט 100%.
בנוסף לשיפור המשמעותי בביצועי התפלת המים, צוות החוקרים בדק כיצד יישום של זרמים לסירוגין דרך הממברנה המהווה רכיב חימום, יכול למנוע שחיקה (Degradation) של הננו-צינור העשוי פחמן בסביבת מי מלח. באופן ספציפי, החוקרים זיהו תדר סף בו נמנע חמצון אלקטרוכימי של הננו-צינורות, וכך שכבות הננו-צינורות יכולות לפעול לאורך זמן משמעותי וללא ירידה ביעילות הביצועים. בעקבות התובנות הללו, רכיבי ננו-צינורות מפחמן יוכלו להשתלב ביישומים אחרים בהם ישנו חשש ליציבות האלקטרוכימית של החומר.
https://www.sciencedaily.com/releases/2017/05/170529133659.htm
באדיבות מקורות
