Mengubah Limbah Desalinasi Menjadi Sumber Daya yang Berguna

Proses yang dikembangkan di MIT dapat mengubah air garam pekat menjadi bahan kimia yang berguna, membuat desalinasi lebih efisien.

David L. Chandler|Kantor Berita MIT

PERTANYAAN PERS

Keterangan:

Tanaman desalinasi tepi pantai seperti ini biasanya membuang air garam pekat dalam jumlah besar kembali ke laut. Peneliti MIT telah menunjukkan bahwa sebaliknya, banyak dari limbah ini dapat diubah menjadi bahan kimia yang berguna.

Keterangan:

Ilustrasi menggambarkan potensi proses yang disarankan. Brine, yang dapat diperoleh dari aliran limbah pabrik desalinasi reverse osmosis (RO), atau dari pabrik industri atau operasi penambangan garam, dapat diproses untuk menghasilkan bahan kimia yang berguna seperti natrium hidroksida (NaOH) atau asam klorida (HCl).

Kredit:

Ilustrasi milik para peneliti

Gambar sebelumnyaGambar berikutnya

Industri desalinasi yang berkembang pesat menghasilkan air untuk minum dan untuk pertanian di wilayah pesisir yang gersang di dunia. Tetapi sebagai produk limbah, banyak air garam yang sangat pekat, yang biasanya dibuang dengan membuangnya kembali ke laut, sebuah proses yang membutuhkan sistem pemompaan yang mahal dan harus dikelola dengan hati-hati untuk mencegah kerusakan ekosistem laut. Sekarang, para insinyur di MIT mengatakan bahwa mereka telah menemukan cara yang lebih baik.

Dalam sebuah studi baru, mereka menunjukkan bahwa melalui proses yang cukup sederhana, bahan limbah dapat diubah menjadi bahan kimia yang berguna - termasuk bahan kimia yang dapat membuat proses desalinasi itu sendiri lebih efisien.

Pendekatan tersebut dapat digunakan untuk menghasilkan natrium hidroksida, di antara produk lainnya. Atau dikenal sebagai soda api, natrium hidroksida dapat digunakan untuk mengolah air laut masuk ke pabrik desalinasi. Ini mengubah keasaman air, yang membantu mencegah pengotoran pada membran yang digunakan untuk menyaring air asin - penyebab utama gangguan dan kegagalan pada pabrik desalinasi osmosis balik yang khas.

Konsep tersebut dijelaskan hari ini di jurnalKatalisis Alamdan dalam dua makalah lainnya oleh ilmuwan riset MIT Amit Kumar, profesor teknik mesin John. H. Lienhard V, dan beberapa orang lainnya. Lienhard adalah Profesor Air dan Makanan Jameel dan direktur Lab Sistem Air dan Makanan Abdul Latif Jameel.

“Industri desalinasi sendiri menggunakan cukup banyak,” kata Kumar tentang natrium hidroksida. “Mereka membelinya, mengeluarkan uang untuk itu. Jadi jika Anda bisa membuatnya di tempat di pabrik, itu bisa menjadi keuntungan besar. " Jumlah yang dibutuhkan dalam tanaman itu sendiri jauh lebih sedikit dari total yang bisa dihasilkan dari brine, sehingga berpotensi juga menjadi produk yang laku.

Natrium hidroksida bukan satu-satunya produk yang dapat dibuat dari air garam limbah: Bahan kimia penting lainnya yang digunakan oleh pabrik desalinasi dan banyak proses industri lainnya adalah asam klorida, yang juga dapat dengan mudah dibuat di lokasi dari air garam limbah menggunakan metode pemrosesan kimia yang sudah mapan. Bahan kimia ini dapat digunakan untuk membersihkan bagian-bagian pabrik desalinasi, tetapi juga banyak digunakan dalam produksi kimia dan sebagai sumber hidrogen.

Saat ini, dunia menghasilkan lebih dari 100 miliar liter (sekitar 27 miliar galon) air per hari dari desalinasi, yang menyisakan konsentrasi air garam yang sama. Sebagian besar dipompa kembali ke laut, dan peraturan saat ini mengharuskan sistem pembuangan yang mahal untuk memastikan pengenceran garam yang memadai. Dengan demikian, mengubah air asin dapat menguntungkan secara ekonomi dan ekologis, terutama karena desalinasi terus berkembang pesat di seluruh dunia. “Pembuangan air asin yang aman bagi lingkungan dapat dikelola dengan teknologi saat ini, tetapi jauh lebih baik memulihkan sumber daya dari air asin dan mengurangi jumlah air asin yang dilepaskan,” kata Lienhard.

Metode mengubah air garam menjadi produk yang bermanfaat menggunakan proses kimia yang terkenal dan standar, termasuk nanofiltrasi awal untuk menghilangkan senyawa yang tidak diinginkan, diikuti dengan satu atau lebih tahapan elektrodialisis untuk menghasilkan produk akhir yang diinginkan. Sementara proses yang disarankan bukanlah hal baru, para peneliti telah menganalisis potensi produksi bahan kimia berguna dari air garam dan mengusulkan kombinasi produk dan proses kimia tertentu yang dapat diubah menjadi operasi komersial untuk meningkatkan kelangsungan ekonomi proses desalinasi, sementara mengurangi dampak lingkungannya.

"Air garam yang sangat terkonsentrasi ini harus ditangani dengan hati-hati untuk melindungi kehidupan di laut, dan ini merupakan pemborosan sumber daya, dan membutuhkan energi untuk memompanya kembali ke laut," jadi mengubahnya menjadi komoditas yang bermanfaat adalah sama-sama menguntungkan, Kumar kata. Dan natrium hidroksida adalah bahan kimia yang bisa ditemukan di mana-mana sehingga "setiap laboratorium di MIT memiliki beberapa," katanya, jadi mencari pasar untuk itu seharusnya tidak sulit.

Para peneliti telah mendiskusikan konsep tersebut dengan perusahaan yang mungkin tertarik pada langkah selanjutnya dalam membangun pabrik prototipe untuk membantu mengetahui proses ekonomi dunia nyata. “Satu tantangan besar adalah biaya - baik biaya listrik maupun biaya peralatan,” pada tahap ini, kata Kumar.

Tim juga terus melihat kemungkinan mengekstraksi bahan lain dengan konsentrasi lebih rendah dari aliran air garam, katanya, termasuk berbagai logam dan bahan kimia lainnya, yang dapat membuat pemrosesan air asin menjadi usaha yang lebih ekonomis.

“Satu aspek yang disebutkan… dan sangat sesuai dengan saya adalah proposal untuk teknologi semacam itu untuk mendukung lebih banyak produksi 'lokal' atau 'desentralisasi' bahan kimia ini pada titik penggunaan,” kata Jurg Keller, seorang profesor pengelolaan air di University of Queensland di Australia, yang tidak terlibat dalam pekerjaan ini. “Ini dapat memiliki beberapa manfaat energi dan biaya yang besar, karena konsentrasi dan pengangkutan bahan kimia yang meningkat ini sering kali menambah biaya lebih banyak dan bahkan permintaan energi yang lebih tinggi daripada produksi sebenarnya pada konsentrasi yang biasanya digunakan.”

Tim peneliti juga termasuk postdoc MIT Katherine Phillips dan sarjana Janny Cai, dan Uwe Schroder di University of Braunschweig, di Jerman. Pekerjaan itu didukung oleh Cadagua, anak perusahaan Ferrovial, melalui MIT Energy Initiative.