Innowacyjne rozwiązania zapobiegające marnotrawieniu wody w przemyśle
Od kilku dziesięcioleci zużycie wody na całym świecie rośnie w tempie 1 % rocznie i trend ten prawdopodobnie się utrzyma. W Europie jednym z największych konsumentów wody jest przemysł, który odpowiada za ponad 30 % całkowitego zużycia. Woda jest potrzebna w działalności wielu branż i zakładów przemysłowych, a często wytwarzane przez nie ścieki są zanieczyszczone, stanowiąc zagrożenie dla środowiska. W ramach finansowanego przez Unię Europejską projektu intelWATT na terenie Grecji, Hiszpanii i Niemczech badane są studia przypadków poświęcone zarówno wysokiemu zużyciu wody, jak i problemowi jej zanieczyszczenia. W tym celu testowany jest zestaw innowacji technologicznych mających zastosowanie w wielu różnorodnych gałęziach przemysłu.
Energetyka, górnictwo i galwanizacja jako obszary docelowe
Prace w projekcie skupiają się na trzech branżach, w których zapotrzebowanie na wodę jest wysokie. Przykładem jest produkcja energii oparta na chłodniach kominowych, które zużywają ogromne ilości słodkiej wody. Z kolei solanki przemysłowe, które powstają w kopalniach, stanowią surowiec o niewykorzystanym jak dotąd potencjale. I choć w procesie powlekania elektrolitycznego zużywa się mniej wody niż w niektórych gałęziach przemysłu, w tym przypadku zagrożeniem dla środowiska są ścieki bogate w metale. Jak zaznacza koordynator projektu Andreas Sapalidis z greckiego Narodowego Centrum Badań Naukowych „Demokritos”: „Głównym celem projektu intelWATT jest walidacja rozwiązań na ósmym poziomie gotowości technologicznej (TRL 8) – innowacyjnych i inteligentnych technologii uzdatniania wody łączących oszczędność wody z możliwościami odzyskiwania zasobów i przemiany energii w oparciu o koncepcję gospodarki o obiegu zamkniętym”. Pozostałością po parującej wodzie w chłodniach kominowych elektrowni są minerały. Woda jest tam używana do czyszczenia kominów z osadów w procesie tzw. odmulania. W związku z tym pierwsze studium przypadku w projekcie intelWATT będzie polegało na zastosowaniu recyklingu wody wykorzystywanej do odmulania z myślą o zmniejszeniu jej zużycia nawet o 99 %. Drugie studium przypadku koncentruje się na kopalniach przemysłowych, gdzie zespół zamierza odzyskiwać wodę i waloryzować solankę. W tym przypadku powstała instalacja pilotażowa służąca zademonstrowaniu działania metody zbierania energii z gradientu zasolenia i odzyskiwania dejonizowanej wody poprzez destylację membranową. Trzecie studium przypadku poświęcone jest z kolei rozwiązaniom umożliwiającym odzyskiwanie cennych elektrolitów i oszczędzanie wody w zakładzie galwanizacyjnym”. Celem jest odzyskanie ponad 85 % chromu i miedzi oraz 50 % niklu przy jednoczesnym zachowaniu co najmniej 95 % wody. Zespół projektu wykaże, że to możliwe dzięki instalacji pilotażowej na poziomie TRL 8.
Inteligentne technologie separacji wody
Sercem rozwiązań opracowanych w ramach projektu intelWATT są nowatorskie procesy oczyszczania ścieków i zastosowanie mechanizmów sztucznej inteligencji. Jak dodaje Sapalidis: „W projekcie intelWATT osiągnęliśmy znaczne postępy w szerokim zakresie dyscyplin, w szczególności w dziedzinie materiałów, inteligentnych czujników, modelowania, procesów i jednostek pilotażowych”. Wśród zaprojektowanych materiałów znajduje się kilka rodzajów membran stosowanych na potrzeby filtracji, destylacji, odwróconej osmozy i elektrodializy. Ten zbiór materiałów obejmuje membrany na bazie grafenu, który jest nowością, jeśli chodzi o procesy separacji. Opracowanie inteligentnych czujników pozwala na lepszą komunikację i bezpieczną transmisję danych. Wśród pozostałych inteligentnych technologii warto wymienić algorytmy uczenia maszynowego, które ulepszają modelowanie predykcyjne, a także inteligentne monitorowanie, które ma zmniejszyć zapotrzebowanie na energię o 30 %. Uzyskane przez zespół postępy w zakresie metod uzdatniania wody, takich jak odwrócona osmoza, odwrócona elektrodializa i krystalizacja na powierzchni membrany, umożliwiają pozyskiwanie energii i odzyskiwanie materiałów w procesie oczyszczania ścieków. Przeprowadzenie badań pilotażowych opartych na technologii sztucznej inteligencji umożliwiło uczonym opracowanie wielu narzędzi i procesów na potrzeby gospodarki wodnej. Szczególnie zachęcający jest fakt, że rozwiązania testowane w ramach studiów przypadków projektu intelWATT są na wysokim poziomie gotowości technologicznej, co stwarza możliwość szybkiego przyjęcia przez zainteresowane podmioty z sektorów przemysłowych oraz przyspiesza rozwój gospodarki o obiegu zamkniętym w całej Europie. Wkład projektu w oszczędzanie wody i odzyskiwanie zasobów jest znaczący, dzięki czemu pomoże Europie chronić jeden z jej najcenniejszych zasobów – wodę.
Słowa kluczowe
intelWATT, galwanizacja, ścieki, produkcja energii, górnictwo, odwrócona osmoza, oszczędzanie wody słodkiej, technologie separacji, energia z gradientu zasolenia, inteligentne rozwiązania, przemysł przetwórczy
