שיטה חסכונית להתפלת מים

שיטת התפלה חדשה מסוגלת להרחיק מלחים מתוך המים בעזרת כמות אנרגיה פחותה מזו הנדרשת עבור שיטות אחרות

[תרגום מאת ד"ר נחמני משה]

מתקן ההתפלה בפלמחים. צילום: מיכאל יעקובסון- מתוך ויקיפדיה
מתקן ההתפלה בפלמחים. צילום: מיכאל יעקובסון- מתוך ויקיפדיה

לפי דבריהם של חוקרים מאוניברסיטת המדינה של פנסילבניה, שיטת התפלה חדשה מסוגלת להרחיק מלחים מתוך המים בעזרת אנרגיה פחותה מזו הנדרשת בשיטות אחרות. "מבחינה כלל עולמית, קיימת נגישות פוחתת והולכת למי שתיה טריים", אומר החוקר הראשי. "יותר ויותר מקורות מים המשמשים את האנושות הולכים וניזוקים, הן בשל מליחות גואה והן בשל נוכחותם של מזהמים אחרים, והתוצאה של כך היא הצורך להתבסס על מקורות מים שאינם מיטביים."

על מנת להיאבק במצב, החוקרים פיתחו שיטת התפלה חדשה המכונה בשם 'הרחקת יונים בעזרת אלקטרודת סוללה' (battery electrode deionization, BDI). שיטה זו משפרת את השיטה הרגילה המקובלת היום להתפלה – CDI (capacitive deionization) – על ידי השמטת שלב ההתחדשות ותוך הפחתת המתח החשמלי הנדרש לשם השלמת התהליך. השיטה הרגילה (CDI) מתפילה מים על ידי הפרדת היונים שבמים. תא CDI טיפוסי מורכב משתי אלקטרודות המחוברות לקצותיה הנגדיים של תעלת זרימה. האלקטרודות לוכדות את יוני המלח באמצעות המרות חשמליות המתרחשות כאשר זרם חשמלי מופעל בתא. בשלב הבא, התא מתחדש על ידי שחרור יוני המלח במחזור שני על ידי החלפת כיוון הזרם המופעל. מאחר ובשיטה זו אין צורך בקרומיות סינון והיא בעלת דרישות אנרגיה נמוכות מאשר בשיטות אחרות, היא הופכת לשיטה תחרותית עבור ההרחקה של מלח מתוך מים. הבעיה בשיטה זו נעוצה בעובדה שהיא מוגבלת בשל ספיחת מלח בכמות קטנה כאשר משתמשים במתח החשמלי הטיפוסי של 1.2 וולטים.

מערכת ההתפלה החדשה המורכבת משתי תעלות ושתי אלקטרודות זהות המייצרת שני זרמים: מים מרוכזים ומים מותפלים. איור אוניברסיטת מדינת פנסילבניה
מערכת ההתפלה החדשה המורכבת משתי תעלות ושתי אלקטרודות זהות המייצרת שני זרמים: מים מרוכזים ומים מותפלים. איור אוניברסיטת מדינת פנסילבניה

הגברת המתח המופעל אכן משפרת את ספיחת המלח, אולם היא גם מגבירה את הסיכוי לקבלת תגובות צד בלתי רצויות המבזבזות אנרגיה מיותרת, תוך אפשרות לאיכול קבוע של האלקטרודה. במערכת החדשה שפיתחו החוקרים נעשה שימוש בתא זרימה שיוצר במיוחד ואשר מורכב משתי תעלות. התעלות מופרדות על די קרומית ושתי אלקטרודות זהות נמצאות בכל אחד מהקצוות. על מנת לבחון את יעילות התא, צוות החוקרים הזין את התעלה בתמיסת מלח בקצב זרימה מוגדר תוך הפעלת זרם חשמלי קבוע. החוקרים מדדו מספר צפיפויות זרם, זאת כתלות במספר הקרומיות שבכל ערימה. החוקרים הפכו בשלב הבא את זרימת מתח התא כאשר הזרם הגיע לרמה מזערית של מינוס 0.6 וולטים או לרמה מרבית של פלוס 0.6 וולטים. צוות המחקר גילה כי המערכת החדשה הרחיקה ביעילות את המלח ברמות הדומות לאלו המתקיימות בשיטה הקודמת (CDI), תוך שימוש במתח נמוך של 0.6 וולטים בלבד. יתרה מכך, הזרם הנמוך שהופעל והחומרים שבהם נעשה שימוש סייעו למנוע תגובות לוואי בלתי רצויות, תוך השגת ביצועי התפלה טובים יותר תוך וניצול של כמות אנרגיה קטנה יותר.

מאחר והחוקרים יצרו בו זמנית מים מותפלים ומים מרוכזים בשתי תעלות נפרדות, המערכת גם עוקפת את הגישה הדו-מחזורית, כך שאין יותר צורך בשלב ההתחדשות של התא. בנוסף, החוקרים מצאו כי הוספת קרומיות בין האלקטרודות הפחיתה את צריכת האנרגיה אפילו יותר. "חוקרים רבים דנים באפשרות ללכוד אנרגיה מתוך מחזור ה-CDI השני, אולם האפשרות הזו קשה מאוד עד כדי בלתי מעשית," אומר החוקר. "המערכת שלנו נמנעת משלב ההתחדשות השני הזה פשוט על ידי החלפת הזרם הלוכד באמצעות שינוי כיוון הזרם החשמלי המופעל. שלב זה מאוד פשוט, והוא מחייב שימוש באנרגיה מועטה."

למרות שתצורת הזרם אינה מתאימה להתפלה של מים מליחים במיוחד, כגון מי ים, התוצאות מראות כי השיטה החדשה תוכל להיות יעילה בתור שיטה מעוטת אנרגיה עבור מים מליחים ברמה נמוכה, כגון מי-תהום, או עבור ההתפלה המקדימה של מים טרם כניסתם למתקני טיפול. החוקרים מתכוונים כעת לשפר את המערכת ולהפוך אותה למתאימה יותר לקנה מידה גדול. ממצאי המחקר פורסמו זה מכבר בכתב העת המדעי Environmental Science & Technology Letters.

תקציר המאמר

מערכת ההתפלה החדשה המורכבת משתי תעלות ושתי אלקטרודות זהות המייצרת שני זרמים: מים מרוכזים ומים מותפלים.

 

 

 

 

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

9 תגובות

  1. אייל מורג שלום
    תיק הייצור על הטכנולוגיה של פרופ' דן זסלבסקי ז"ל נמצא בידי. הוא הספיק למסור לי אותה לפני שנפטר, עם הנחיות ברורות. בזמנו היתה בפקולטה הוכחת היתכנות שולחנית שאבדה. לשחזר אותה קל מאוד. נכון להיום בכוונתי להחיות את הפרוייקט למרות שבעלי ענין ניסו בזמנו לטרפד אותו לאורך כל התקופה. לא היה כאן כל סוד, פשוט טיפשות.
    אם יש בעלי ענין אחרים שמעונינים להרים את הפרוייקט, שישאירו פרטים ע"י SMS למס' 0543336888.
    יום טוב סעו בזהירות.
    חיים

  2. · פרופ דן זסלבסקי, נציב המים לשעבר דיבר על שיטת התפלה חדשה ויעילה יותר מאוסמוזה הפוכה רק הוא שמר את הדבר בסוד. עד למציאת כסף לפיתוח ורישום פטנט.

  3. נקודה אחרת שכן יכולה להיות בעייתית היא הטמפרטורות הנמוכות בגבהים האלו. לפי מה שהבנתי החל מגובה 2 ק"מ לערך הטמפרטורות צונחות מתחת לאפס מעלות צלזיוס ויורדות במהירות ככל שעולים בגובה, השאלה איך זה ישפיע על תפוקת המים של הרשת.

    בעיה נוספת באותו הקשר, הדבר עלול לגרום גם להצטברות של קרח על גבי הרשת והפיכתה למשקולת כבדה וחסרת תועלת. במקרה כזה פיתרון אפשרי הוא אולי ללפף תיל נחושת דק סביב הרשת שיוזרם דרכו זרם חשמלי שיגיע מהקרקע דרך כבל העגינה, שיחמם את הרשת (לטמפרטורה אופטימלית) וימנע הצטברות של קרח.

  4. מתתיהו תודה, אני אשקול את הצעתך.

    ניסים,

    אני מודע לכל הנקודות שהעלית והתייחסתי לחלקן בהודעה המקורית:

    1. אכן הכוונה היא שהרשת תהיה פרוסה בין שני בלונים שיהיו מעוגנים לקרקע בעזרת כבלים בדומה לבלוני התצפית של צה"ל. כדי למנוע סיבוך בין כבלים של רשתות שונות יהיה צורך לוודא מרווח ביטחון מספיק גדול בינהם.

    2. נכון, יהיו רוחות, הן יזרימו כל הזמן עננים חדשים ורוויי מים לתוך הרשת שתוכל "לסחוט" אותם, הדבר רק יגביר את תפוקת המים שגם כך אני מעריך שתהיה גבוהה בתוך ענן גשם. במידה וממקמים את הרשת בגובה ממוצע של ענני הגשם (הבסיס שלהם מתחיל בגובה 2-3 ק"מ והם יכולים להגיע לגבהים של 20-30 ק"מ) אז רוב הזמן היא תהיה בתוך הענן גם אם הרוח תזיז אותה קצת ימינה ושמאלה. ניתן יהיה גם לשלוט על הגובה של הרשת בזמן אמת בעזרת הכבלים, כלומר להעלות או להוריד אותה בהתאם לגובה של העננים.

    3. ישנה בעיה של בלאי והרשתות האלו מתבלות ונקרעות עם הזמן בגלל הרוחות, אך עדיין אני חושב שמבחינת עלות/תועלת זה יהיה יעיל יותר ממתקני התפלה גם אם תצטרך להחליף לרשת חדשה כל שבועיים. ראיתי גם שישנה חברה בשם cloudFisher שמייצרת רשתות ערפל הרבה יותר עמידות שאינן מתבלות במהירות.

    4. כמו שאמרת הרשתות האלו מאוד מועילות בתנאי ערפל, ולדעתי הן יהיו הרבה יותר יעילות בתוך ענן גשם ויפיקו שם כמויות הרבה יותר גדולות של מים יחסית לערפל של בוקר, זה בעצם הדבר המרכזי ברעיון שלי.

    5. ישנה אפשרות נוספת של פריסת הרשת בין שתי פסגות של הרים, אבל אני פחות מתחבר לרעיון הזה ואני לא בטוח שזה יהיה יעיל כמו רשת שתועלה ישירות לתוך הענן. גם מבחינה טכנית זה נראה לי יותר מסובך, ובנוסף לא בטוח שההרים סביב הכינרת גבוהים מספיק לצורך הזה.

    לדעתי הכי פשוט זה לבצע ניסוי (כפי שהצעתי בהודעה הראשונה) ולבדוק הלכה למעשה מה כמות המים שמופקת בעזרת השיטה הזו. צריך רק לחכות לחורף שיגיעו ענני גשם עם הרבה מים 🙂

  5. תהיה לך לפחות בעיה אחת גדולה – מיקום הרשת בתוך הענן. העננים בתנועה רוב הזמן, בשונה מערפל. הרוח מתחזקת כשעולים לגובה – ולכן הרשת לא תוכל להשאר בתוך ענן. אני לא יודע עם זה מוריד את היעילות מתחת לסף כדאיות, אבל אני מאמין שיהיה לזה השפעה גדולה.

    תצטרך גם כבלים שיחזיקו את הרשת במקום, כך שתהיה בעיה להקים מערת של מספר רשתות.

    אני לא פוסל את הרעיון חלילה, וממה שקראתי על רשתות ערפל, הן בהחלט מועילות.

  6. נראה רעיון מדליק ,תפנה למהנדסים של מקורות עם הרעיון אולי תוכל לפתור את בעיית המים של ישראל..

  7. חיים,

    שימוש ברשת ערפל להפקת מים מהלחות באוויר בגובה הקרקע הוא אינו רעיון חדש, אך החידוש שלי הוא לקחת רשת ערפל כזו ולהעלות אותה (בעזרת בלוני תצפית, בלוני מזג אוויר, כלי טייס וכדומה) ישר לתוך ענני הגשם. האינטואיציה אומרת לי שכל נפח אוויר בתוך ענן גשם מכיל כמות הרבה יותר גדולה של מים ביחס לנפח אוויר זהה בגובה הקרקע, לכן רשת ערפל שתמוקם בתוך ענן גשם תפיק כמות הרבה יותר גדולה של מים לעומת רשת זהה בגובה הקרקע. במידה ומתקינים מספר רשתות כאלו מעל הכינרת, המים שיופקו מהן יזרמו ישירות לכינרת ואפילו אין צורך בהקמת צנרת מיוחדת ויקרה.

    משהו כמו זריעת עננים ביודיד הכסף, אך לדעתי באופן הרבה יותר יעיל (זו סתם תחושת בטן, והדבר מצריך כמובן בדיקה שלדעתי היא דיי פשוטה לביצוע).

    אמרת שהרעיון שהעליתי ידוע מזמן, לי לא ידוע על דבר כזה. האם תוכל להפנות אותי למאמר כלשהו שהרעיון שלי מוזכר בו?

  8. שלום, יש לי כבר זמן רב רעיון (אני קורא לזה "מסחטת עננים") שלצערי אין לי את הזמן או המשאבים לבדוק אותו הלכה למעשה, אך הייתי שמח מאוד אם מישהו שמתמצא בתחום יחווה את דעתו המקצועית בנושא או אפילו יבחן זאת באופן מעשי. הרעיון שלי הוא לקחת רשת ערפל גדולה (מהסוג המשמש במקומות רבים בעולם להפקת מים ישירות מהלחות באוויר, בעיקר בכפרים נידחים בהם אין גישה לתשתיות מים) ולהעלות אותה לגובה שבו נמצאים ענני הגשם. ניתן למשל להציב אותה בין שני בלונים גדולים מהסוג המשמש את צה"ל לביצוע תצפיות באיזורי הגבול.

    האינטואיציה שלי אומרת שרשת ערפל כזו שתמוקם בתוך ענן גשם רווי מים תפיק כמות הרבה יותר גדולה של מים מאשר רשת ערפל שמפיקה מים מהלחות באוויר בגובה הקרקע. עננים מכילים כמויות עצומות של טיפות מים זעירות המרחפות באוויר, ולדעתי הרשת תיגרום להן להתעבות במהירות ולטפטף למטה כגשם. אפשר לדוגמא להציב כמה רשתות גדולות כאלו מעל הכינרת כך שכל המים שהן "סוחטות" מהעננים יטפטפו ישר לכינרת (רצוי לכוון את הרשת כך שתהיה תמיד ניצבת לרוח על מנת שכמה שיותר עננים יחלפו דרכה, הדבר אפשרי אולי באמצעות סנפיר אחורי גדול כפי שקיים בשבשבות רוח על גגות בתים. לחילופין ניתן להשתמש אולי בבלון אחד בודד שישא רצועה ארוכה ורחבה של רשת ערפל שבקצה שלה משקולת קטנה.

    בתור התחלה אפשר לבצע ניסוי היתכנות פשוט – לקחת שתי רשתות ערפל בגודל זהה המנקזות את המים שמתעבים בהן לתוך מיכל פלסטיק קטן, להשאיר רשת אחת בגובה הקרקע כניסוי בקרה, ולהעלות את הרשת השנייה לתוך ענני הגשם. עכשיו ניתן לבדוק אם המיכל בענן מתמלא משמעותית מהר יותר ביחס למיכל הבקרה שנשאר בגובה הקרקע. ברגע שמבצעים את הניסוי (היחסית פשוט) הזה ורואים כמה מים הופקו מהרשת בענן ובאיזו מהירות קל לחשב האם הדבר יהיה כלכלי או לא, ומהו גודל הרשת הרצוי (תלוי כמובן גם במשקל שהבלונים יכולים לשאת).

    אשמח לשמוע חוות דעת מקצועית לגבי הרעיון,
    תודה מראש.

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

דילוג לתוכן