ニューヨーク大学タンドン工学部の研究者らは、海水を飲料水に変え、手頃な価格の再生可能エネルギーを貯蔵できる新しい電気化学技術であるレドックスフロー脱塩（RFD）で大きな進歩を達成した。

ある論文で出版されたでセルレポート物理科学、化学生体分子工学の教授であり、DC-MUSE (持続可能な電化を使用した脱炭素化学製造) のディレクターであるアンドレ・テイラー博士が率いるニューヨーク大学タンドンチームは、RFD システムの塩除去率を約 20% 向上させながら、その塩除去率を低下させました。エネルギー需要流体流量を最適化することによって。

RFD には複数の利点があります。これらのシステムは、スケーラブルで柔軟なアプローチを提供します。エネルギー貯蔵、断続的な再生可能エネルギーの効率的な利用を可能にします。エネルギー太陽光や風力などのエネルギー源。RFD はまた、世界的な水危機に対する全く新しい解決策を約束します。

「エネルギー貯蔵と淡水化をシームレスに統合することで、私たちのビジョンは、増大する淡水需要を満たすだけでなく、環境保全と再生可能エネルギーの統合を推進する、持続可能で効率的なソリューションを作成することです」とテイラー氏は述べています。

RFD は、従来の電力網への依存を軽減するだけでなく、カーボンニュートラルで環境に優しい水の淡水化プロセスへの移行を促進することもできます。さらに、レドックスフロー電池と脱塩技術の統合により、システムの効率と信頼性が向上します。

レドックスフロー電池には、資源が豊富な時期に余剰エネルギーを貯蔵し、需要のピーク時にそれを放電するという固有の能力があり、淡水化プロセスの変動するエネルギー要件にシームレスに対応します。

「このプロジェクトの成功は、論文の筆頭著者で化学・生体分子工学のニューヨーク大学タンドン博士号取得候補者であるスティーブン・アクウェイ・マクリーン氏の創意工夫と忍耐力のおかげです」とテイラー氏は述べた。「彼は、NYU Maker Space で利用できる高度な 3D プリンティング技術を使用してシステム アーキテクチャを設計することで、卓越したスキルを発揮しました。」

このシステムの複雑さには、入ってくる海水を 2 つの流れ、塩水化ストリーム (上の画像、CH 2 を参照) と脱塩ストリーム (上の画像、CH 3) に分割することが含まれます。2 つの追加のチャネルには電解質と酸化還元分子が収容されます (上の画像、A)。これらのチャネルは、陽イオン交換膜 (CEM) または陰イオン交換膜 (AEM) のいずれかによって効果的に分離されます。

CH 4 では、陰極から酸化還元分子に電子が供給され、Na が抽出されます。⁺CH 3 から拡散する酸化還元分子と Na⁺その後、CH 4 に輸送され、そこで酸化還元分子からアノードに電子が供給され、Na⁺この全体的なポテンシャルの下では、Cl は CH 2 に拡散します。^-イオンは CH 3 から AEM を通って CH 2 に移動し、濃縮されたブラインの流れを形成します。その結果、CH 3 は淡水流を生成します。

「システムをシングルパスまたはバッチモードで動作させることにより、入ってくる海水の滞留時間を制御して飲料水を生成することができます」とマクリーン氏は述べた。

逆の操作では、塩水と淡水を混合し、貯蔵された化学エネルギーを再生可能電力に変換できます。本質的に、RFD システムは独自の形式の「バッテリー」として機能し、余分なエネルギー太陽光と風力源から貯蔵されます。

この蓄えられたエネルギーはオンデマンドで放出でき、必要に応じて他の電源に多用途かつ持続可能な補助を提供します。RFD システムの二重機能は、淡水化だけでなく、再生可能エネルギー ソリューションへの革新的な貢献者としてもその可能性を示しています。

さらなる研究が必要ですが、ニューヨーク大学タンドンチームの発見は、より費用対効果の高い RFD プロセスへの有望な道筋を示唆しています。これは、飲料水の増加を求める世界的な探求における重要な進歩です。として気候変動そして人口増加ますます深刻化し、水不足に直面する地域が増えており、革新的で効率的な淡水化方法の重要性が浮き彫りになっています。

この研究は、ニューヨーク大学タンドン校で設立された共同イニシアチブである DC-MUSE (持続可能な電化を使用した脱炭素化学物質製造) の使命とシームレスに連携しています。DC-MUSE は、再生可能エネルギーの利用を通じて化学プロセスの環境への影響を軽減する研究活動を推進することに取り組んでいます。現在の研究は、テイラー氏の再生可能エネルギーに関する広範な研究に基づいており、最近ではオフピーク時に利用できるように持続的に生産されたエネルギーを貯蔵することに重点を置いている。