Исследователи предлагают интеллектуальное решение для использования отходов от промышленности

Ким Кристиансен только что получил докторскую степень по технологии, которая может позаботиться о некоторых отходов, которые сегодня просто потрачено впустую.Кредит: Александр Стокке Бэтнес, NTNU

Исследователи в NTNU рассматривали возможности для этого.

«Избыток тепла от промышленных процессов - это огромный ресурс», - говорит Ким Кристиансен.Он только что закончил свою докторскую степеньна технологии, которая может использовать часть избыточного тепла, которая в настоящее время проходит впустую.

Почти все тепло, генерируемые промышленными процессами, в настоящее время выпускается непосредственно в воздух или океан, и мы не говорим о небольших количествах.Только в Норвегии промышленность производит около 20 ТВтч отходов каждый год.

Это число может не значить для вас, но, согласно Норвежским водным ресурсам и энергетическим управлению (NVE), это количество энергии соответствует половине потребления электроэнергии всех норвежских домохозяйств вместе взятых.Другими словами, приблизительно весь спрос на отопление.

Кристиансен является частью исследовательской группы термодинамики в Porelab в химии.Академический руководитель Signe Kjelstrup и руководитель исследовательской группы Øivind Wilhelmsen-соавторы статьи, опубликованной в настоящее время в журнале Desalination.

Технология также имеет еще один эффект, который может быть не таким актуальным в Норвегии, но это может изменить правила игры в странах с ограниченной питьевой водой.

«Технология не просто перерабатывает энергию тепла отходов, она также может очистить сточные воды, производимые промышленностью», - говорит Кристиансен.

Во многих частях мира питьевая вода становится все более дефицитным ресурсом.

«По словам ЮНИСЕФ, 4 миллиарда человек уже испытывают серьезную нехватку питьевой воды в течение как минимум одного месяца в году, и существует высокий спрос на технологии, которые могут решить эти проблемы», - говорит Кристиансен.

Таким образом, отсутствие питьевой воды является проблемой для примерно половины 8 миллиардов людей.

Так что же это за новая технология?

«Сточные воды, произведенные промышленностью, часто загрязнены. Если мы испаряем эту нечистую воду через небольшие поры в воде-упорядоченной мембране, сгущенная вода, появляющаяся с другой стороны, можно пить»,-говорит Кристиансен.

Этот метод лучше всего подходит для очистки воды с так называемыми нелетучими примесями, такими как соль.Это в отличие от спиртов и ряда других органических веществ, которые могут испаряться вместе с водой через мембрану.

«Таким образом, наиболее важной областью применения для этой технологии является опреснение морской воды. Обработка воды не исключается, но она включает в себя дополнительные проблемы в зависимости от его содержания», - говорит Кристиансен.

Таким образом, технология может производить питьевую воду, но как насчет использования энергии отходов?

Когда вода нагревается на одной стороне мембраны, она испаряется и выпускает тепло на другой стороне через конденсацию.Разница давления может возникнуть между двумя сторонами мембраны.

«Разница температуры используется для накачки воды, а разность давления представляет собой механическую энергию, которая может использоваться для питания турбины», - говорит Кристиансен.Это явление называется термическим осмосом.

Кажущийся простой, но гениальным.

«Мы исследовали взаимодействие между водой и полями в мембране, и то, что происходит, когда вода испаряется, транспортируется через поры и конденсируется», - говорит Кристиансен о докторском исследовании.

Он разработал теории на мембранные свойства и эффект, который они оказывают на весь процесс.Он также систематически измерил этот эффект в лаборатории.

«Вывод заключается в том, что технология обладает большим потенциалом. Благодаря изменению мембран мы можем помочь решить как растущие проблемы, связанные с требованиями к энергоэффективности, так и с отсутствием чистой питьевой воды», - говорит Кристиансен.

Кристин Сиверуд в Научно -исследовательском институте Rise PFI заинтересован в улучшении мембран, используемых в этой технологии.

«Отправной точкой работы была идея о том, что TNO в Нидерландах получает кредит», - говорит академический руководитель Кристиансена Синдж Кьелструп.

Она является почетной профессором и бывшим руководителем главного исследователя в Porelab - Центр совершенства.TNO-это независимый институт, который работает над переводом результатов исследований в реальные приложения.

TNO экспериментировала с концепцией, называемой «Мемпориста» (одновременное производство воды и мощности), и прототип был сделан на их учреждениях.Исследователи хотели сотрудничать, но не имели финансирования.Решением было продолжить проект как открытое исследование в NTNU.

«Leen van der Ham из Tu Delft связалась со мной, и я представил эту идею группе, которую я тогда имел в химическом факультете, а затем в Porelab».

Ван дер Хэм получил докторскую степеньВ химии в NTNU несколько лет назад, что показывает, насколько важно иметь контакты.Они работали с Луком Келеном, студентом Tu Delft, и исследование было продолжено Кристиансеном и Майклом Раутера из Porelab.

«Индустрия проявляет интерес к концепции мембранной дистилляции, но до сих пор есть только несколько пилотных заводов по всему миру», - говорит Кристиансен.

Основная причина, по которой индустрия отстает от научных кругов, связана с практическими проблемами, связанными с мембранной технологией, объясняет он.Например, это относится к продолжительности жизни мембран в суровых промышленных условиях.

«Большая часть работы выполняется на международном уровне как в научных кругах, так и в отрасли, чтобы решить эти проблемы и коммерциализировать технологию», - говорит Кристиансен.

Концепция Mempower включает в себя преобразование отработанного тепла в механическую энергию на основе различий в температуре.

«У меня сложилось впечатление, что индустрия еще не полностью осведомлена об этой концепции и о возможности, которую она предлагает», - говорит Кристиансен.

Одним из выводов в последней статье является то, что потенциал производства энергии является конкурентоспособной в отношении более устоявшихся энергетических процессов на основе мембран.Он считает, что это может помочь повысить коммерческий интерес.

More information: Kim R. Kristiansen et al, Thermo-osmotic coefficients in membrane distillation: Experiments and theory for three types of membranes, Desalination (2024). DOI: 10.1016/j.desal.2024.117785