Las plantas de energía consumen más agua dulce que cualquier otro consumidor en los Estados Unidos, lo que representa más del 50 por ciento del uso de agua dulce de la nación en aproximadamente 500 mil millones de galones diarios.

Para ayudar a salvar esta agua, Los investigadores de Sandia National Laboratories han desarrollado un nuevo filtro de sílice para el agua de enfriamiento de las plantas de energía que reduce la cantidad de agua dulce que consumen las plantas de energía al aumentar la cantidad de veces que el agua de las torres de enfriamiento se puede reutilizar y reciclar.

"Tenemos una cantidad limitada de agua en este país para utilizarla en todo, desde el agua potable hasta la cría de ganado, y la población mundial y la demanda están creciendo, ", dijo el geoquímico de Sandia Pat Brady." Si puedes reciclar el agua que se usa en las plantas de energía, libera mucha más agua para uso doméstico y personal ".

Si bien las centrales eléctricas ya reciclan agua dulce, la cantidad de veces que se puede reutilizar un lote de agua está limitada por la cantidad de sílice que se acumula con cada ciclo. La sílice es un Sustancia de origen natural en agua dulce con solubilidad limitada. y es propenso a formar escamas en las turbinas, calderas, intercambiadores de calor, Tuberías de transferencia y otros equipos. Esta acumulación es problemática porque puede interrumpir el funcionamiento del equipo y es costosa de prevenir. Se estima que el costo de tratar y reciclar el agua utilizada en las plantas de energía es de 1.5 a 2 veces el costo del agua dulce. a menudo debido al alto precio de los métodos actuales de eliminación de sílice.

"Cuando tiene acumulación de sílice, la transferencia de calor es un problema, la obstrucción es un problema y la corrosión es un problema, ", dijo la química de Sandia, Tina Nenoff. nuestro proyecto se centró en encontrar un material y un proceso energéticamente eficientes en función de los costos para eliminar la sílice del agua industrial ".

Investigadores de Sandia National Laboratories, de izquierda a derecha, Tina Nenoff y Pat Brady y el ex postdoctoral designado Koroush Sasan estudiaron cómo la hidrotalcita puede filtrar la sílice del agua de las torres de enfriamiento en las plantas de energía.

Eliminar la sílice con un filtro especial

Nenoff había trabajado con hidrotalcita, un material en capas hecho de hidróxido de aluminio, desde principios de la década de 2000, cuando estudiaba métodos para la desalación de bajo costo, y pensó que el material podría ser un filtro eficaz para la sílice.

En un proyecto de investigación y desarrollo dirigido por laboratorio de dos años, Nenoff, Brady y su equipo de investigación crearon filtros especiales, pellets y polvos hechos de hidrotalcita para estudiar la capacidad del material para filtrar la sílice. Como se documenta en un artículo reciente en el Revista de Ingeniería de Procesos de Residuos , descubrieron que la hidrotalcita podía eliminar aproximadamente el 90 por ciento de la sílice acumulada en el agua reciclada y reutilizarse durante cinco o más ciclos. Esta capacidad de reutilizar el filtro y reciclar el agua de la torre de enfriamiento podría ahorrar dinero y recursos naturales.

"Imagine gránulos de hidrotalcita o un polvo como el que se encuentra en un filtro de agua potable, ", Dijo Nenoff." El agua fluye a través o sobre el material durante el proceso de filtración, y la sílice del agua se cristaliza y permanece en el filtro mientras sale agua más limpia ".

El equipo de investigación diseñó el material hidrotalcita que se utilizará para filtrar el agua de las torres de enfriamiento en las centrales eléctricas. Durante el proceso de enfriamiento, parte del agua se evapora y los minerales en el agua, incluida la sílice, acumular con cada ciclo.

"Cuando calientas el agua y parte de ella se evapora, la sílice y otros materiales en el agua se vuelven más concentrados, "Dijo Brady." Ahora mismo, es posible que pueda usar el agua durante algunos ciclos antes de que se concentre demasiado, pero apuntamos a 10 o más ciclos para que las plantas de energía puedan reducir el uso de agua ".

Del laboratorio a la aplicación del mundo real

Además de estudiar el material y su efectividad, el equipo quería determinar cómo escalar mejor el nuevo material de filtración para que fuera viable para operaciones a gran escala en plantas de energía. Estudiantes del departamento de ingeniería civil de la Universidad de Nuevo México, trabajando bajo la dirección del profesor Kerry Howe, realizó un análisis a escala del material, e investigadores de Sandia's Livermore, California, El sitio realizó un análisis tecnoeconómico para estimar los ahorros de costos y energía para aplicaciones del mundo real.

"Las medidas que hacemos aquí son en vasos del tamaño de una taza de café, pero cuando estás en una instalación como una planta de energía que usa un millón de galones al día, desea saber si la hidrotalcita será eficaz a ese nivel, "Dijo Brady.

El equipo de investigación utilizó el enfoque multidisciplinario y los análisis para guiar sus experimentos para encontrar el mejor tratamiento de hidrotalcita para uso industrial eficiente en costos y energía.

"Gran parte de la industria ya tendrá un proceso de eliminación de sílice que funciona, pero puede que no funcione bien ", Dijo Nenoff." Como resultado de este proyecto, podremos darles un costo estimado y ahorros de energía, e incluso un ahorro de por vida proyectado que la hidrotalcita podría proporcionar sobre su método actual. Ese tipo de modelado y análisis proporciona más incentivos para correr el riesgo de implementar un nuevo método ".

El equipo ha publicado tres artículos de revistas y recibió una patente provisional para el filtro.