Le salamoie ipersaline, acqua che contiene alte concentrazioni di sali disciolti e i cui livelli salini sono superiori a quelli dell'acqua dell'oceano, sono una preoccupazione ambientale crescente in tutto il mondo. Molto impegnativo e costoso da trattare, derivano dall'acqua prodotta durante la produzione di petrolio e gas, concentrato di dissalazione interna, percolato di discarica (un grosso problema per le discariche di rifiuti solidi urbani), desolforazione dei gas di scarico acque reflue da centrali elettriche a combustibili fossili, ed effluenti di processi industriali.

Se le salamoie ipersaline sono gestite in modo improprio, possono inquinare sia le risorse idriche superficiali che sotterranee. Ma se ci fosse un semplice, modo economico per desalinizzare le salamoie, enormi quantità di acqua sarebbero disponibili per tutti i tipi di usi, dall'agricoltura alle applicazioni industriali, e forse anche per il consumo umano.

Un team di Columbia Engineering guidato da Ngai Yin Yip, assistente professore di ingegneria della terra e dell'ambiente, riferisce di aver sviluppato un approccio di desalinizzazione radicalmente diverso—"estrazione con solvente a variazione di temperatura (TSSE)"—per le salamoie ipersaline. Lo studio, pubblicato online in Lettere di scienze e tecnologie ambientali , dimostra che TSSE può desalinizzare salamoie ad altissima salinità, fino a sette volte la concentrazione dell'acqua di mare. Questo è molto più dell'osmosi inversa, il gold standard per la desalinizzazione dell'acqua di mare, e può contenere circa il doppio delle concentrazioni di sale dell'acqua di mare.

Attualmente, le salamoie ipersaline sono desalinizzate o per membrana (osmosi inversa) o per evaporazione dell'acqua (distillazione). Ogni approccio ha dei limiti. I metodi di osmosi inversa sono inefficaci per le salamoie ad alta salinità perché le pressioni applicate nell'osmosi inversa scalano con la quantità di sale:le salamoie ipersaline richiedono pressurizzazioni proibitive. Tecniche di distillazione, che fanno evaporare la salamoia, sono molto energivori.

Yip ha lavorato sull'estrazione con solvente, un metodo di separazione ampiamente impiegato per i processi di ingegneria chimica. Il relativamente poco costoso, semplice, ed efficace tecnica di separazione è utilizzata in una vasta gamma di industrie, compresa la produzione di composti organici fini, purificazione di prodotti naturali, ed estrazione di complessi metallici di pregio.

"Pensavo che l'estrazione con solvente potesse essere un buon approccio alternativo alla desalinizzazione che è radicalmente diverso dai metodi convenzionali perché è senza membrana e non si basa sul cambiamento di fase evaporativo, " Yip dice. "I nostri risultati mostrano che TSSE potrebbe essere una tecnologia dirompente:è efficace, efficiente, scalabile, e può essere alimentato in modo sostenibile."

TSSE utilizza un solvente a bassa polarità con solubilità in acqua dipendente dalla temperatura per l'estrazione selettiva dell'acqua rispetto al sale dai mangimi salini. Poiché è privo di membrana e non si basa sull'evaporazione dell'acqua, può eludere i vincoli tecnici che limitano i metodi più tradizionali. È importante sottolineare che TSSE è alimentato da calore di bassa qualità ( <70 C) che è poco costoso e talvolta anche gratuito. Nello studio, TSSE ha rimosso fino al 98,4% del sale, che è paragonabile all'osmosi inversa, il gold standard per la desalinizzazione dell'acqua di mare. I risultati hanno anche dimostrato un elevato recupero di acqua> 50% per le salamoie ipersaline, paragonabile anche alle attuali operazioni di desalinizzazione dell'acqua di mare. Ma, a differenza di TSSE, l'osmosi inversa non può gestire salamoie ipersaline.

"Pensiamo che TSSE rappresenterà una trasformazione per l'industria dell'acqua, " aggiunge. "Può sostituire la pratica prevalente della distillazione costosa per la desalinizzazione di salamoie ad alta salinità e affrontare salinità più elevate che RO non è in grado di gestire, Yip aggiunge. "Questo migliorerà radicalmente la sostenibilità nel trattamento dell'acqua prodotta, concentrato di dissalazione interna, percolato di discarica, e altri flussi ipersalini di importanza emergente. Possiamo eliminare i problemi di inquinamento da queste salamoie e creare prodotti più puliti, acqua più utilizzabile per il nostro pianeta".

L'approccio TSSE di Yip ha un chiaro percorso verso la commercializzazione. L'apporto di calore può essere fornito in modo sostenibile da fonti termiche di bassa qualità come il calore di scarto industriale, geotermico poco profondo, e collettori solari a bassa concentrazione. Ora sta lavorando per perfezionare ulteriormente il funzionamento del TSSE come metodo di desalinizzazione in modo da poter progettare ulteriori miglioramenti delle prestazioni e testarlo con campioni reali sul campo.

Lo studio è intitolato "Desalinizzazione senza membrana e non evaporativa di salamoie ipersaline mediante estrazione con solvente a variazione di temperatura".