Inspirowana naturą metoda oczyszczania słonawych wód gruntowych w Indiach
Według aktualnych danych, ponad 2 miliardy ludzi na świecie nadal nie ma dostępu do bezpiecznej wody pitnej. Charakteryzujący się suchym klimatem indyjski stan Gudźarat boryka się z problemem poważnego niedoboru wody z uwagi na ograniczone zasoby wód powierzchniowych i coraz bardziej zasolone wody gruntowe, czego przyczyną jest działalność wydobywcza i rosnący poziom morza. Technologia odsalania mogłaby pomóc w usuwaniu soli z wód gruntowych, ale dostępne obecnie procesy są energochłonne, kosztowne i szkodliwe dla środowiska. Chcąc wypełnić tę istotną lukę, zespół projektu INDIA-H2O opracował obiecujący, inspirowany naturą system uzdatniania wody, zasilany energią ze źródeł odnawialnych. Projekt jest współfinansowany ze środków Unii Europejskiej i indyjskiego Departamentu Nauki i Technologii. „Zaletą naszej technologii oczyszczania wody – hybrydowego systemu odwróconej osmozy (ang. hybrid-batch reverse osmosis, HBRO) – jest niskie zużycie energii i jednocześnie możliwość przekształcania 95 % zanieczyszczonej wody w czystą wodę pitną”, twierdzi Philip Davies, profesor technologii wodnej na Uniwersytecie w Birmingham i koordynator projektu INDIA-H2O.
Technologie naśladujące naturę
Osmoza jest naturalnym procesem, w którym cząsteczki wody przenikają przez półprzepuszczalną membranę. Można go zaobserwować w przypadku wielu zjawisk, takich jak transport cząsteczek wody do i z komórek roślinnych i zwierzęcych. Co kluczowe, membrany te działają jako bariera dla innych cząsteczek i cząstek (substancji rozpuszczonych) obecnych w wodzie. W ramach projektu INDIA-H2O zbadano możliwości systemu hybrydowego uzdatniania wody metodą wymuszonej i odwróconej osmozy bazującego na biomimetycznej technologii membranowej, która wykorzystuje nowo opracowane białka biologiczne do transportu czystej wody przez membranę. Wymuszona osmoza naśladuje sposób, w jaki woda jest zasysana do komórek; z kolei w przypadku odwróconej osmozy do przepchnięcia wody przez membranę wykorzystuje się ciśnienie. Metoda odwróconej osmozy opracowana w projekcie INDIA-H2O została w sposób unikatowy skonfigurowana tak, by służyła także do recyklingu energii zużywanej do zwiększania ciśnienia wody. Jest ona w stanie usunąć prawie całą sól z wody bez generowania dużych ilości płynnych odpadów, co zwykle ma miejsce w przypadku innych technik odsalania. „Do osiągnięcia wymaganego ciśnienia zwykle potrzeba co najmniej 1 kWh energii elektrycznej na 1 000 litrów wody pitnej”, zauważa Davies. „Nasz projekt, który posiada wymiennik ciśnienia, zmniejsza to zużycie o połowę”. Rozwiązanie INDIA-H2O może również służyć do usuwania zanieczyszczeń nowego typu (takich jak chemikalia rolnicze), a także odzyskiwania cennych odczynników ze ścieków wytwarzanych w procesach przemysłowych, na przykład barwników tekstylnych. Co więcej, dzięki temu, że te procesy uzdatniania wody mogą działać w sposób przerywany, energia odnawialna stanowi idealne źródło zasilania. „Gudźarat to obszar nie tylko wyjątkowo suchy, ale i bardzo nasłoneczniony, co sprawia, że oczywistym rozwiązaniem jest wykorzystanie energii słońca”, mówi Anurag Mudgal z uczelni Pandit Deendayal Energy University (PDEU) w Gandhinagar w stanie Gudźarat. „Kompaktowa konstrukcja systemu sprawia, że jest on odpowiedni do zastosowania na obszarach wiejskich, gdzie główne źródła utrzymania mieszkańców są zagrożone przez zmianę klimatu”.
Sukces jednej wsi
System opracowany w ramach projektu INDIA-H2O jest obecnie pilotowany w wiosce Lodhwa w stanie Gudźarat, gdzie służy do wytwarzania około 800 litrów czystej wody na godzinę. Technologia ta została zainstalowana w lokalnej szkole w celu dostarczania wody pitnej dla całego budynku, a także na uczelni PDEU w ramach pilotażowej instalacji na niewielką skalę do pozyskiwania bezpiecznej wody pitnej ze słonawych wód gruntowych. „Jesteśmy szczególnie podekscytowani rozwojem tych systemów, ponieważ mają tak duże znaczenie dla obszarów wiejskich. Przy użyciu wyłącznie energii słonecznej są w stanie produkować bezpieczną wodę pitną w ilości od 7 do 10 metrów sześciennych dziennie, a przy użyciu energii z sieci – nawet 20 metrów sześciennych. Koszt wynosi poniżej 30 rupii, czyli około 0,35 euro, za metr sześcienny, w związku z czym technologia ta może stać się prawdziwym przełomem dla tej społeczności”, podkreśla Mudgal. Planowane jest rozszerzenie możliwości testowanych systemów o funkcję odzyskiwania czystej wody ze ścieków bytowych na obszarach wiejskich. Aby wykazać potencjał swojego rozwiązania w zakresie gospodarki o obiegu zamkniętym, zespół projektu INDIA-H2O testuje również uprawę solirodów (Salicornia), jadalnych roślin odpornych na sól, w której to hodowli wykorzystuje solankę będącą produktem ubocznym procesu odsalania. Obecnie badane są strategie wejścia na rynek, a także możliwości finansowania społecznościowego większej liczby instalacji, które mogą stać się nowym źródłem dochodów dla mieszkańców wioski. Aby zapewnić zrównoważony charakter i skalowalność prototypowych systemów na poziomie lokalnym, zespół udostępnił indyjskim producentom zarówno projekt, jak i dostawę specjalistycznych membran.
Tworzenie sprzyjającego otoczenia
W 2022 roku na PDEU otwarto centrum doskonałości w dziedzinie uzdatniania wody i gospodarki wodnej, oferujące najnowocześniejsze urządzenia do testowania rozwiązań w zakresie uzdatniania wody. Ponadto, biorąc pod uwagę dwie udane międzynarodowe konferencje poświęcone gospodarce wodnej, które odbyły się na PDEU, w 2024 roku planowana jest trzecia edycja tego wydarzenia. Co więcej, Uniwersytet w Birmingham pozyskał środki finansowane w kwocie ponad 1,4 miliona euro dzięki przyznaniu firmie typu spin-off Salinity Solutions licencji na technologię HBRO, a także zawarł porozumienie w sprawie rozpoczęcia produkcji omawianych rozwiązań z brytyjską spółką Te-Tech Process Solutions. Pozostali partnerzy projektu również nie tracą czasu, szukając zastosowań dla nowej technologii. Indyjski instytut badawczy CEERI (Central Electronics Engineering Research Institute) prowadzi obecnie prace dotyczące wprowadzenia na rynek opracowanych w ramach projektu technologii czujników i monitorowania. Z kolei duńska firma Aquaporin, która stworzyła technologię biomimetycznej membrany do wymuszonej osmozy, weszła na giełdę Nasdaq w Kopenhadze, pozyskując nowe środki w wysokości 38 milionów euro.
Słowa kluczowe
NDIA-H2O, woda, Indie, Gudźarat, odsalanie, sól, membrana, osmoza, soliród, Salicornia, solanka, energia słoneczna