Hout maakt zout water zoet

Door de hoge temperaturen en het gebrek aan regen is het over de hele wereld enorm droog. In Nederland merken we dat ook, alleen komt hier nog gewoon schoon water uit de kraan. Andere landen hebben minder geluk. Volgens berekeningen van de Verenigde Naties leeft bijna de helft van de wereldbevolking – 3,6 miljard mensen – minstens een maand per jaar in gebieden met weinig tot geen drinkwater. En de komende jaren neemt dit aantal alleen maar toe, verwacht de VN. Wetenschappers werken daarom hard aan methoden om zout water om te zetten in zoet water. Amerikaanse onderzoekers maakten hiervoor een nieuw membraan uit plakken hout.

Warm en koud

Zout water filteren met membranen kan op veel verschillende manieren. De Amerikaanse onderzoekers richtten zich op membraandestillatie. Voor deze techniek warm je zout water op en laat je het langs een membraan stromen. Dit membraan is erg poreus en bovendien hydrofoob – het stoot water af – dus het zoute water kan er niet zomaar doorheen. Door de warmte verdampt een deel van het water, wat vervolgens door het membraan heen gaat en het zout achterlaat. Aan de andere kant stroomt koud zoet water, waardoor de waterdamp weer vloeibaar wordt.

De membraandestillatie klinkt als een vrij simpel proces, maar toch werkt het nog niet helemaal efficiënt. De membranen worden vaak nog gemaakt van polymeren die we uit olie maken, zoals polypropyleen. Die zijn niet alleen slecht voor het milieu, maar geleiden ook de warmte van het water te goed. De waterdamp stroomt namelijk efficiënter door het membraan als die aan de ene kant warm is en aan de andere kant koud. Daarom gebruikt Zhiyong Jason Ren, hoogleraar civiele- en milieutechnologie aan de Princeton Universiteit (VS) een heel ander materiaal: “Wij maken onze membranen uit hout, want dat heeft van zichzelf een heel mooie structuur met allemaal kleine poriën. Bovendien houdt het goed warmte tegen en is het een duurzaam, natuurlijk materiaal.”

Wegspoelen

Voor de onderzoekers hout als membraan kunnen gebruiken, moeten ze het nog wel bewerken. “We snijden het lindehout in heel dunne plakken van ongeveer twee millimeter dik”, vertelt Ren. “Uit deze plakken spoelen we in verschillende stappen eigenlijk alles weg, behalve de basisstructuur van cellulose-vezels.” Na deze behandelingen is het hout nog zo’n 500 micrometer dik. Tijdens de laatste stap reageert het hout met een zogenoemde FAS-oplossing. De moleculen in deze oplossing binden aan de cellulose en zorgen ervoor dat het membraan water afstoot.

Het uiteindelijke membraan bleek zijn werk goed te doen. “We hebben verschillende versies van het membraan getest in een destillatie”, zegt Ren. “De efficiëntie was gelijk en in sommige gevallen hoger dan de traditionele membranen.” Een mooi resultaat, vindt ook Wiebe de Vos, universitair hoofddocent membraanwetenschappen aan de Universiteit Twente en niet betrokken was bij het onderzoek: “Er is veel interesse in milieuvriendelijkere membranen, en dit is een leuk voorbeeld. Membranen gemaakt uit cellulose – een van de belangrijkste bestanddelen van hout – kende ik al wel, maar op deze manier een membraan uit hout maken had ik nog niet eerder gezien.”

Vijf jaar

Toch ziet De Vos nog wel wat problemen: “Een membraan moet ongeveer vijf jaar meegaan, en het is nog onduidelijk of dit membraan dat gaat redden.” Ren geeft toe dat dit nog een van de dingen is die ze willen verbeteren: “We moeten nog zorgen dat het membraan niet kapot gaat door de temperaturen in zo’n destillatie. Daarnaast zou het mooi zijn als we het nog dunner kunnen maken, want dat zou de efficiëntie nog verder verbeteren.”

Om de commerciële potentie te testen, maakte Ren al enkele grotere versies van zijn membraan. “We hebben al membranen gemaakt die langer zijn dan 15 cm. Dat is al een mooie lengte voor de meeste toepassingen, en bovendien zijn ze veel makkelijker te produceren dan de polymeren membranen. Met nog wat aanpassingen hopen we de membranen snel toe te kunnen passen.” De Vos is wat minder overtuigd van een directe toepassing: “Membraandestillatie om zoet water te maken zien we nu vooral in Saudi Arabië. Bijna alle andere landen gebruiken omgekeerde osmose, waarbij niet temperatuur maar juist druk gebruikt wordt om water door het membraan te laten gaan, terwijl het zout wordt tegengehouden. Dit is al een zeer efficiënte techniek en ik moet nog zien of dit membraan dat gaat overtreffen.” Desondanks noemt hij het werk van Ren erg belangrijk: “Het is een mooie eerste stap, die hopelijk andere onderzoekers inspireert om duurzamere membranen te zoeken.”