Fotowoltaika jako kluczowy element do produkcji wody pitnej

Naukowcy z Kanady udoskonalili metodę dejonizacji nisko i średnio zasolonej wody, by nadawała się do picia. Co ciekawa w centrum całej operacji znajduje się technologia fotowoltaiczna. O tym, jak implementacja OZE przyczynia się do łatwiejszego dostępu do wody na terenach zagrożonych, przeczytacie poniżej.

Zdjęcie autora: Redakcja GLOBEnergia

Redakcja GLOBEnergia

Podziel się

Słów kilka o CDI

Capacitive deionization (CDI) to jedna z wielu metod odsalania wody. Polega na przyłożeniu napięcia elektrycznego do zbiornika z wodą, gdzie następnie zachodzi “segregacja” cząsteczek. Aniony, czyli jony o ładunku ujemnym, są usuwane z wody i gromadzone w dodatnio spolaryzowanej elektrodzie. Podobnie kationy (ładunek dodatni) gromadzą się na katodzie, która jest elektrodą spolaryzowaną ujemnie. Tak więc do magazynowania jonów wykorzystywana jest zasada wzajemnego przyciągania cząsteczek naładowanych przeciwnymi znakami. 

Z powodu niskich nakładów finansowych na realizację procesu odsalania, metoda CDI jest najczęściej używana w zakresie tzw. wód brachnicznych. Są to cieki stanowiące mieszaninę słodkich wód rzecznych i słonych wód morskich o zasoleniu niższym niż wody morskie, ale wyższym niż zasolenie wód rzecznych. Powstają najczęściej w obszarach ujściowych rzek o zmniejszonej/utrudnionej wymianie wód z otwartym morzem, np. na Bałtyku (Zalew Szczeciński, Zatoka Greifswaldzka).

Jak zaimplementować OZE w produkcję wody pitnej?

Technologia stworzona na kanadyjskim uniwersytecie École de technologie supérieure (ÉTS) eliminuje potrzebę magazynowania danych odnośnie wymiany energii pomiędzy modułem fotowoltaicznym a zbiornikiem z wodą. Proces jest zaś regulowany z pomocą dedykowanego algorytmu oraz wykorzystania technologii Maximum Power Point Tracking (MPPT), znanej ze świata energetyki słonecznej. Jednak w tym przypadku, MPPT śledzi parametry przepływu wody, a nie konwersji energii elektrycznej. Sam moduł fotowoltaiczny staje się źródłem prądu stałego, czyli dokładnie takiego, jakiego potrzeba do CDI.

Po stronie elektryki, prototyp zbudowany w Kanadzie ogranicza się do wykorzystania panela fotowoltaicznego, diody i rezystora bocznikowego. Moduł jest bezpośrednio podłączony do membrany wychwytującej jony. Prąd wytworzony przez panel krąży po krótkim obwodzie do momentu sygnału, że elektrody zaadsorbowały już maksymalną pojemność jonów.

Naukowcy podkreślają również, udało im się stworzyć nowy algorytm do kontroli natężenia przepływu wody, który nazwali śledzeniem maksymalnej adsorpcji soli (MSAT). Wszystko to by zoptymalizować moc wytwarzaną przez moduł fotowoltaiczny. Stwierdzono również, że technologia ta charakteryzuje się niskimi kosztami operacyjnymi, zwiększoną efektywnością energetyczną i mniejszym stopniem “odrzucania” pewnych zakresów zasolenia wody, w porównaniu z konwencjonalnymi technikami odsalania.

Ile wody można odsolić taką metodą?

Zespół badawczy w zaprezentował otrzymane wyniki badań w “Maximum salt adsorption tracking in capacitive deionization cell powered by photovoltaic solar panel”. Analizę wydajnościową systemu prowadzili w różnych warunkach środowiskowych. Po kilku próbach badawczych doszli do wniosku, że system CDI zasilany energią z modułu fotowoltaicznego jest w stanie wyprodukować 28 litrów wody pitnej w słoneczny dzień. Jest to o 4 litry więcej niż tradycyjna jednostka CDI. Dowiedli również, że stworzona przez nich technologia MSAT działa z dokładnością 98.6%, co według nich jest porównywalne z tradycyjnym MPPT.

Zespół donosi, że obecnie naukowcy pracują nad komercjalizacją przedsięwzięcia poprzez pracę nad dedykowanymi komponentami elektrycznymi i systemem kontroli.

Źródło: “Maximum salt adsorption tracking in capacitive deionization cell powered by photovoltaic solar panel”

Zdjęcie autora: Redakcja GLOBEnergia

Redakcja GLOBEnergia