纽约大学坦登工程学院的研究人员在氧化还原流海水淡化(RFD)方面取得了重大突破,这是一种新兴的电化学技术,可以将海水转化为饮用水,还可以存储负担得起的可再生能源。
在《CellReportsPhysicalScience》上发表的一篇论文中,由化学和生物分子工程教授、DC-MUSE(利用可持续电气化进行化学制造脱碳)主任AndréTaylor博士领导的纽约大学Tandon团队将RFD系统的盐去除率提高了约20%,同时通过优化流体流速降低能源需求。
RFD具有多种优势。这些系统提供了一种可扩展且灵活的能源存储方法,能够有效利用太阳能和风能等间歇性可再生能源。RFD还承诺为全球水危机提供全新的解决方案。
泰勒说:“通过无缝整合能源储存和海水淡化,我们的愿景是创造一种可持续且高效的解决方案,不仅满足对淡水不断增长的需求,而且支持环境保护和可再生能源整合。”
RFD既可以减少对传统电网的依赖,也可以促进向碳中性和环保的海水淡化过程的过渡。此外,氧化还原液流电池与海水淡化技术的集成提高了系统效率和可靠性。
氧化还原液流电池具有在丰沛时期储存多余能量并在需求高峰时释放能量的固有能力,与海水淡化过程中波动的能量需求无缝匹配。
泰勒说:“这个项目的成功归功于该论文的第一作者、纽约大学坦登化学和生物分子工程博士生斯蒂芬·阿克维·麦克林的聪明才智和毅力。”“他利用纽约大学创客空间提供的先进3D打印技术设计系统架构,展示了非凡的技能。”
该系统的复杂之处在于将进入的海水分为两股:盐化流(见上图,CH2)和淡化流(见上图,CH3)。另外两个通道容纳电解质和氧化还原分子(上图,A)。这些通道通过阳离子交换膜(CEM)或阴离子交换膜(AEM)有效分隔。
在CH4中,电子从阴极提供给氧化还原分子,提取从CH3扩散的Na+。然后氧化还原分子和Na+被传输到CH4,其中电子从氧化还原分子提供给阳极,并且Na+被允许扩散到CH2中。在该总电势下,Cl-离子从CH3通过AEM移动到CH2,形成浓缩盐水流。因此,CH3产生淡水流。
“我们可以通过以单程或批量模式运行系统来控制进入的海水停留时间以生产饮用水,”麦克林说。