Drinkwater uit zeewater op zonne-energie

Om schoon drinkwater uit zeewater te produceren ontwikkelt TNO membraandestillatie. Vergeleken met bestaande ontziltingsmethoden vraagt deze nieuwe techniek weinig energie. Zonne-energie komt daarmee als energiebron in zicht. Projectmanager Jan Henk Hanemaaijer: 'Membraandestillatie is geschikt voor kleinschalige toepassingen zoals een platform op zee.'

door Frieda van Dreven

Nieuwe ontwikkeling

Het nieuwe ontziltingssysteem van TNO gaat Memstill heten en hoewel het project nog in de laboratoriumfase verkeert, gaan de ontwikkelingen voorspoedig. De bouw van een proefinstallatie kan dan ook versneld worden ingezet. Volgens projectmanager ir. Jan Henk Hanemaaijer was het er TNO vooral om te doen een goedkoper alternatief voor de huidige ontziltings- technieken te ontwikkelen. 'Met dit systeem gaat dat ons lukken ook', zo belooft hij. De afdeling procestechnologie van het onderdeel Milieu, Energie en Procesinnovatie (MEP) van TNO in Apeldoorn werkt voor de nieuwe ontziltingstechniek samen met onder andere het Gemeentelijk Waterleidingbedrijf in Amsterdam, dat binnenkort de eerste proefinstallatie in gebruik zal nemen.

De motivatie van TNO-MEP om met dit project te beginnen, is de toenemende schaarste aan zoetwatervoorraden in vele gebieden op aarde. 'Slechts de helft van het benodigde zoet water komt uit regenval. Drinkwater maken uit zeewater kan naast het bezuinigen op water en het recyclen van afvalwater een oplossing zijn voor dit probleem.

Kosten

Ontzilting vindt inmiddels al op grote schaal plaats, maar is een kostbare operatie. Van het wereldwijd geproduceerde drink- en huishoudelijk water wordt zo'n anderhalf procent uit zeewater gewonnen, dat is 23 miljoen kubieke meter per dag. Dat is weinig', vertelt Hanemaaijer. Op eilanden als Cyprus en Malta, maar aak in andere landen rond de Middellandse Zee, zijn onvoldoende zoetwaterbronnen voor handen. Het is daar noodzakelijk gezuiverd zeewater als drinkwater te gebruiken. Hetzelfde geldt voor landen in het Midden-Oosten. 
Er bestaan diverse ontziltingssystemen. Destillatie wordt het meest toegepast. Eerst wordt het water verdampt en vervolgens weer gecondenseerd. Destillatiesystemen vragen veel energie. Het opwarmen van het water tot het verdampingspunt kost ongeveer 2400 kilojoule per liter. Bij veel systemen kan deze verdampingswarmte echter acht tot twaalf keer opnieuw worden gebruikt, zodat maar 200 tot 300 kilojoule per liter geproduceerd water nodig is. In het Midden-Oosten wordt vooral multistage flash distillation gebruikt, een ontziltingstechniek die veel energie vraagt. Maar het zuinig omgaan met energie wordt in deze landen niet zo van belang geacht, olie is er relatief goedkoop. In Rusland, de Verenigde Staten en op de Antillen ~ worden vaker destillatiesystemen gebruikt die iets minder energie vragen, zoals meertrapsverdamping en dampcompressiedestillatie. De ontziltingstechniek reverse osmosis is momenteel het meest in opkomst. Bij omgekeerde osmose wordt water niet gedestilleerd, maar door drukverschil door een selectief membraan geperst, waarbij het zout achterblijft. Nadeel is echter dat dit systeem werkt op elektriciteit, en dat de waterkwaliteit soms niet voldoet aan de normen van de wereldgezondsheidsorganisatie. 
Tot nu toe is het ontzouten van zeewater een kostbare zaak, zowel met destillatiesystemen als met de omgekeerde osmosetechniek. Met de conventionele systemen is het winnen van drinkwater uit zout water daarom alleen lonend als het op grote schaal wordt toegepast. Volgens TNO is hun nieuwe ontziltingstechniek Memstill door het efficiënte gebruik van energie goedkoper en kan het zowel op grote als op kleine schaal worden toegepast. Hanemaaijer: 'Ontzilting met behulp van Memstill is gebaseerd op membraandestillatie. Zeewater wordt verhit tot het verdampt, waarna het door een membraan die te vergelijken is met regenwerende kleding gaat. Vervolgens wordt het water weer gecondenseerd.

Principe

De verdamper ligt vlakbij de condensor, op een afstand van enkele millimeters, ofwel minder dan een druppel. Het voordeel daarvan is dat de overgebleven warmte niet mechanisch hoeft te worden afgevoerd en bijzonder efficiënt kan worden hergebruikt.' De Memstill-techniek bereikt een hoge productie van schoon water per vierkante millimeter verdampend oppervlak. 'Daardoor is het apparaat ook compact gebleven. Het membraan- destillatieproces van Memstill gebruikt daardoor minder warmte, dus minder energie dan de conventionele ontziltingssystemen. Want hoewel er nog steeds warmte nodig is om het proces aan te drijven, wordt de verdampingswarmte tot dertig keer opnieuw gebruikt. Daardoor kan worden volstaan met tachtig megajoule per kubieke meter geproduceerd water.'aldus Hanemaaijer. Behalve de energie-efficiënte heeft de nieuwe techniek volgens TNO-MEP nog andere voordelen. Zo wordt de zogenaamde modulaire eenheid helemaal van kunststof gemaakt. Op die manier is het apparaat beter bestand tegen corrosie, een bijwerking van zout water. De nieuwe materialen zijn nu nog kostbaar, weet Hanemaaijer, maar de Memstill-techniek kan op termijn goedkoper. 'Een voordeel van de combinatie van destillatie en membraanfiltratie in één stap is dat zuiver water kan worden geproduceerd,' vertelt Hanemaaijer. 'Door de voorafgaande filtratie is de damp heel schoon als het naar de condensor gaat. Daardoor kan ook aan de behoefte aan zeer zuiver proceswater worden voldaan, zuiverder dan doorgaans in één stap uit oppervlaktewater wordt gehaald.'
Tot nu toe is weinig geëxperimenteerd met de toepassing van zonnewarmte als energiebron voor ontziltingssystemen. Voor het verhitten van water voor destillatie lijkt gas nog steeds goedkoper. Maar TNO claimt dat vergeleken met bestaande ontziltingsmethoden Memstill relatief weinig energie vraagt. Zonne-energie komt daarmee als energiebron in zicht. Hanemaaijer: 'Wanneer met behulp van de zon temperaturen van zestig tot negentig graden kunnen worden bereikt, is de nieuwe techniek al te gebruiken. Daarmee wordt het een serieus alternatief voor bijvoorbeeld een platform in zee.'

Kosten blijven een belangrijk punt in de waterzuivering. Het zuiveren van oppervlaktewater uit de Rijn bestaat uit een aaneenschakeling van vele stappen. Dat brengt een liter drinkbaar Rijnwater op één tot anderhalve gulden per kubieke meter. De productiekosten van ontzilting zijn nu zo'n nog twee tot drie gulden per kubieke meter. Het onderzoek naar de nieuwe techniek bij TNO is zo'n anderhalf jaar geleden gestart. De octrooiaanvraag loopt inmiddels en naar verwachting wordt begin 2001 met de bouw van de eerste proefinstallatie begonnen. Deze wordt geplaatst bij het Gemeentelijk Waterleidingbedrijf in Amsterdam en zal slechts enkele kubieke meters zuiver water per dag produceren.

Met dank aan:
TNO-MEP