Istraživači sa NIU Tandon School of Engineering postigli su veliki proboj u desalinizaciji redoks protoka (RFD), novoj elektrohemijskoj tehnici koja može pretvoriti morsku vodu u vodu za piće i takođe skladištiti pristupačnu obnovljivu energiju.
U radu objavljenom u Cell Reports Physical Science, NIU Tandon tim na čelu sa dr Andreom Tejlorom, profesorom hemijskog i biomolekularnog inženjeringa i direktorom DC-MUSE (Dekarbonizirajuća hemijska proizvodnja uz pomoć održive elektrifikacije), povećao je stopu uklanjanja soli RFD sistema za približno 20% dok smanjuje potrebu za energijom optimizacijom protoka tečnosti.
RFD nudi višestruke prednosti. Ovi sistemi obezbeđuju skalabilan i fleksibilan pristup skladištenju energije, omogućavajući efikasno korišćenje povremenih obnovljivih izvora energije kao što su sunčeva i vetar. RFD takođe obećava potpuno novo rešenje za globalnu krizu vode.
„Besprekornom integracijom skladištenja energije i desalinacije, naša vizija je da stvorimo održivo i efikasno rešenje koje ne samo da zadovoljava rastuću potražnju za slatkom vodom, već i zagovara očuvanje životne sredine i integraciju obnovljive energije“, rekao je Tejlor.
RFD može i smanjiti oslanjanje na konvencionalne električne mreže i takođe podstaći tranziciju ka procesu desalinizacije vode bez ugljenika i ekološki prihvatljivom. Štaviše, integracija baterija sa redoks protokom sa tehnologijama desalinizacije poboljšava efikasnost i pouzdanost sistema.
Inherentna sposobnost baterija redoks protoka da skladište višak energije tokom perioda izobilja i da je isprazne tokom vršne potražnje neprimetno je usklađena sa promenljivim energetskim zahtevima procesa desalinizacije.
„Uspeh ovog projekta pripisuje se domišljatosti i upornosti Stivena Akveija Meklina, prvog autora časopisa i kandidata za doktorske studije na NIU Tandon za hemijsko i biomolekularno inženjerstvo“, rekao je Tejlor. „Pokazao je izuzetnu veštinu dizajnirajući arhitekturu sistema koristeći naprednu tehnologiju 3D štampanja dostupnu u NIU Maker Space-u.
Zamršenosti sistema uključuju podelu ulazne morske vode u dva toka: tok za slanje (vidi sliku iznad, CH 2) i tok za desalinizaciju (slika iznad, CH 3). Dva dodatna kanala sadrže elektrolit i redoks molekul (slika iznad, A). Ovi kanali su efikasno razdvojeni ili membranom za izmjenu katjona (CEM) ili membranom za izmjenu anjona (AEM).
U CH 4, elektroni se sa katode dovode do redoks molekula, ekstrahujući Na + koji difunduje iz CH 3. Redoks molekul i Na + se zatim transportuju do CH 4, gde se elektroni dovode do anode iz redoks molekula, i Na + se dozvoljava da difunduje u CH 2. Pod ovim ukupnim potencijalom, Cl – joni se kreću od CH 3 kroz AEM do CH 2, formirajući koncentrovanu struju slane vode. Shodno tome, CH 3 stvara tok slatke vode.
„Možemo da kontrolišemo vreme zadržavanja ulazne morske vode da bismo proizveli vodu za piće tako što ćemo upravljati sistemom u jednom prolazu ili serijskom režimu“, rekao je Maclean.
U obrnutom radu, gde se slana voda i slatka voda mešaju, uskladištena hemijska energija se može pretvoriti u obnovljivu električnu energiju. U suštini, RFD sistemi mogu poslužiti kao jedinstveni oblik „baterije“, hvatajući višak energije uskladištene iz izvora sunca i vetra.
Ova uskladištena energija se može osloboditi na zahtev, pružajući svestran i održiv dodatak drugim izvorima električne energije kada je to potrebno. Dvostruka funkcionalnost RFD sistema pokazuje svoj potencijal ne samo u desalinizaciji, već i kao inovativni doprinos rešenjima za obnovljivu energiju.
Iako su dalja istraživanja opravdana, nalazi tima NIU Tandon signaliziraju obećavajući put ka isplativijem RFD procesu – kritičnom napretku u globalnoj potrazi za povećanjem pijaće vode. Kako se klimatske promene i rast stanovništva intenziviraju, sve više regiona se bori sa nedostatkom vode, naglašavajući značaj inovativnih i efikasnih metoda desalinacije.
Ovo istraživanje je neprimetno usklađeno sa misijom DC-MUSE (Dekarbonizirajuća hemijska proizvodnja uz pomoć održive elektrifikacije), inicijative za saradnju osnovane na NIU Tandon. DC-MUSE je posvećen unapređenju istraživačkih aktivnosti koje smanjuju uticaj hemijskih procesa na životnu sredinu kroz korišćenje obnovljive energije. Trenutna studija se zasniva na Tejlorovom opsežnom radu u oblasti obnovljivih izvora energije, sa nedavnim naglaskom na skladištenju održivo proizvedene energije za korišćenje tokom van vršnih sati.
