Μια νέα πλατφόρμα ηλεκτροχημικής άντλησης ιόντων (Electrochemical Ion Pumping – EIP) μπορεί να αφαλατώνει ταυτόχρονα βιομηχανικά λύματα και να συλλέγει επιλεκτικά βαρέα μέταλλα.
Το εντυπωσιακό είναι ότι καθαρίζει βιομηχανικές άλμες και παράλληλα ανακτά καθαρά, επαναχρησιμοποιήσιμα μέταλλα απευθείας από τοξικά απόβλητα.
Η τεχνολογία αναπτύχθηκε από ερευνητές του Rice University και του Vanderbilt University και προσφέρει μια λύση ενός σταδίου, πιο αποδοτική σε σχέση με υπάρχουσες μεθόδους όπως η αντίστροφη ώσμωση ή η χημική κατακρήμνιση.
Ένα ηλεκτρικό «κουμπί» για τα βιομηχανικά απόβλητα
Οι βιομηχανίες ηλεκτρονικών και επεξεργασίας μετάλλων αντιμετωπίζουν συνήθως ένα διπλό περιβαλλοντικό πρόβλημα: βιομηχανικά λύματα με πολύ υψηλές συγκεντρώσεις αλάτων και τοξικών βαρέων μετάλλων.
Η επεξεργασία τους είναι δύσκολη και δαπανηρή.
Οι συμβατικές τεχνικές αναγκάζουν τις εγκαταστάσεις να επιλέξουν ανάμεσα σε δύο προβληματικές λύσεις.
Για την απομάκρυνση των αλάτων χρησιμοποιείται κυρίως η αντίστροφη ώσμωση, η οποία όμως αφήνει πίσω της συμπυκνωμένη άλμη που είναι δύσκολο να αξιοποιηθεί.
Για την αφαίρεση των μετάλλων απαιτούνται ισχυρές χημικές ουσίες, οι οποίες παράγουν μεγάλες ποσότητες επικίνδυνης λάσπης.
Η νέα ηλεκτροχημική πλατφόρμα αντιμετωπίζει και τα δύο προβλήματα ταυτόχρονα
Η τεχνική EIP λειτουργεί μετακινώντας διαλυμένα ιόντα από τα λύματα σε ένα δεύτερο ρεύμα υποδοχής μέσω ειδικά σχεδιασμένων ηλεκτροδίων.
Μέχρι σήμερα, τα συστήματα ηλεκτρορόφησης απαιτούσαν συχνές διακοπές της διαδικασίας, ώστε οι χειριστές να αλλάζουν χειροκίνητα τα διαλύματα μεταξύ των φάσεων συλλογής και απελευθέρωσης των ιόντων.
Η ομάδα των Rice και Vanderbilt κατάφερε να ξεπεράσει αυτό το πρόβλημα.
«Τα συμβατικά συστήματα ηλεκτρορόφησης απαιτούν συνήθως την εναλλαγή των διαλυμάτων τροφοδοσίας και υποδοχής μεταξύ των σταδίων προσρόφησης και αναγέννησης», δήλωσε ο Shihong Lin, αναπληρωτής καθηγητής πολιτικής και περιβαλλοντικής μηχανικής στο Rice.
«Η μέθοδός μας αντικαθιστά αυτή τη φυσική αλλαγή διαλυμάτων με γρήγορες μεταβολές στο ηλεκτρικό κύκλωμα, επιτρέποντας στα ιόντα να κινούνται συνεχώς προς μία κατεύθυνση μέσα στο σύστημα», πρόσθεσε ο επικεφαλής συγγραφέας.
Προγραμματιζόμενα ηλεκτρόδια
Οι ερευνητές διατηρούν εξαιρετικά σταθερή τάση στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου, επιτρέποντας τη χρήση του ηλεκτρικού δυναμικού ως ακριβούς «ρυθμιστή» για το ποια ιόντα θα παγιδευτούν ή θα απελευθερωθούν.
Σε υψηλότερη τάση, το σύστημα λειτουργεί αποκλειστικά ως μονάδα αφαλάτωσης. Σε αυτή τη λειτουργία, τόσο τα άλατα όσο και ο χαλκός μεταφέρονται στο διάλυμα υποδοχής χωρίς να εναποτίθενται στο ηλεκτρόδιο.
Όταν όμως η τάση μειωθεί λίγο κάτω από το όριο αντίδρασης του χαλκού, το ηλεκτρόδιο μετατρέπεται σε «μαγνήτη μετάλλων», παγιδεύοντας επιλεκτικά τον χαλκό στην επιφάνειά του, ενώ τα υπόλοιπα άλατα συνεχίζουν να περνούν.
Σε δοκιμές με συνθετικά λύματα, το σύστημα EIP αφαίρεσε το 90% των βασικών αλάτων και συνέλεξε «σχεδόν όλο τον χαλκό» πάνω στο ηλεκτρόδιο.
Όταν δοκιμάστηκε σε ένα πιο σύνθετο μείγμα που περιείχε χαλκό, νικέλιο και νάτριο, το σύστημα παρέμεινε αποτελεσματικό.
Με τη χρήση μιας διάταξης πέντε ηλεκτροδίων, οι ερευνητές ρύθμισαν την τάση ώστε να απομακρύνει τον χαλκό από το διάλυμα, επιτρέποντας στο νικέλιο και το νάτριο να συνεχίσουν την πορεία τους.
Μέσα σε μόλις τέσσερις ώρες, το σύστημα απομάκρυνε το 85% των αλάτων και περισσότερο από το 92% και των δύο μετάλλων από το διάλυμα.
Επιπλέον, ο χαλκός που συγκεντρώθηκε στο ηλεκτρόδιο είχε καθαρότητα 96% σε σχέση με το νικέλιο.
«Τα αποτελέσματά μας έδειξαν ότι η EIP μπορεί να ρυθμιστεί ώστε να αποφασίζει πού θα κατευθυνθούν διαφορετικά ιόντα κατά την επεξεργασία», δήλωσε ο Lin.
«Ορισμένα μέταλλα μπορούν να συλλεχθούν στο ηλεκτρόδιο, ενώ τα άλατα και άλλα ιόντα μπορούν να συνεχίσουν στη συνήθη διαδικασία αφαλάτωσης».
Από τοξικά απόβλητα σε πηγή πολύτιμων υλικών
Για τις βιομηχανίες που δέχονται αυξανόμενες πιέσεις να μειώσουν το περιβαλλοντικό τους αποτύπωμα και να εξασφαλίσουν πρώτες ύλες, η προγραμματιζόμενη τεχνολογία EIP προσφέρει μια ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα προοπτική.
Αντί να πληρώνουν εκατομμύρια για τη μεταφορά και διαχείριση τοξικής λάσπης, οι εγκαταστάσεις θα μπορούσαν στο μέλλον να καθαρίζουν το νερό τους για άμεση επαναχρησιμοποίηση και ταυτόχρονα να συλλέγουν χαλκό υψηλής καθαρότητας απευθείας από τον εξοπλισμό επεξεργασίας.
Η ομάδα του Lin απέδειξε ότι η περιβαλλοντική αποκατάσταση και η ανάκτηση πόρων μπορούν να λειτουργούν παράλληλα, μετατρέποντας τη βιομηχανική άλμη από περιβαλλοντικό βάρος σε έναν ανεκμετάλλευτο ορυκτό πόρο.
Μερικές φορές, αρκεί η σωστή «ρύθμιση» ενός ηλεκτρικού διακόπτη.
(Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Nature Water στις 30 Ιουλίου)
www.worldenergynews.gr
