As usinas de energia extraem mais água doce do que qualquer outro consumidor nos Estados Unidos, responsável por mais de 50 por cento do uso de água doce do país em cerca de 500 bilhões de galões diários.

Para ajudar a economizar essa água, pesquisadores do Sandia National Laboratories desenvolveram um novo filtro de sílica para águas de resfriamento de usinas de energia que diminui a quantidade de energia consumida por usinas de água doce, aumentando o número de vezes que a água da torre de resfriamento pode ser reutilizada e reciclada.

“Temos uma quantidade limitada de água neste país para usar em tudo, desde água potável até criação de gado, e a população e a demanda globais estão crescendo, "disse o geoquímico Sandia Pat Brady." Se você pode reciclar a água usada nas usinas de energia, ele libera muito mais água para uso doméstico e pessoal. "

Embora as usinas já reciclem água doce, o número de vezes que um lote de água pode ser reutilizado é limitado pela quantidade de sílica que se acumula a cada ciclo. A sílica é comum, substância que ocorre naturalmente em água doce com solubilidade limitada, e é propenso a formar escamas nas turbinas, caldeiras, trocadores de calor, tubos de transferência e outros equipamentos. Esse acúmulo é problemático porque pode interromper o funcionamento do equipamento e sua prevenção é cara. O custo para tratar e reciclar a água usada nas usinas de energia é estimado em 1,5 a 2 vezes o custo da água doce, muitas vezes por causa do alto preço dos métodos atuais de remoção de sílica.

"Quando você tem acúmulo de sílica, a transferência de calor é um problema, o entupimento é um problema e a corrosão é um problema, "disse a química de Sandia Tina Nenoff." Então, nosso projeto se concentrou em encontrar um material e processo com baixo custo e energia para remover a sílica da água industrial. "

Pesquisadores do Sandia National Laboratories, da esquerda para direita, Tina Nenoff e Pat Brady e o ex-nomeado de pós-doutorado Koroush Sasan estudaram como a hidrotalcita pode filtrar a sílica da água da torre de resfriamento em usinas de energia.

Removendo sílica com um filtro especial

Nenoff havia trabalhado com hidrotalcita, um material em camadas feito de hidróxido de alumínio, desde o início de 2000, quando ela estudava métodos de dessalinização de baixo custo, e pensei que o material poderia ser um filtro eficaz para a sílica.

Em um projeto de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório de dois anos, Nenoff, Brady e sua equipe de pesquisa criaram filtros especiais, pelotas e pós feitos de hidrotalcita para estudar a capacidade do material de filtrar a sílica. Conforme documentado em um artigo recente no Journal of Waste Process Engineering , eles descobriram que a hidrotalcita pode remover cerca de 90% da sílica acumulada na água reciclada e ser reutilizada por cinco ou mais ciclos. Essa capacidade de reutilizar o filtro e reciclar a água da torre de resfriamento pode economizar dinheiro e recursos naturais.

"Imagine pelotas de hidrotalcita ou um pó como o encontrado em um filtro de água potável, "Nenoff disse." A água flui através ou sobre o material durante o processo de filtração, e a sílica da água cristaliza e permanece no filtro enquanto uma água mais limpa escorre. "

A equipe de pesquisa projetou o material de hidrotalcita para ser usado para filtrar a água da torre de resfriamento em usinas de energia. Durante o processo de resfriamento, parte da água evapora e os minerais na água, incluindo sílica, acumular a cada ciclo.

"Quando você aquece a água e parte dela evapora, a sílica e outros materiais na água tornam-se mais concentrados, "Brady disse." Agora, você pode usar a água por alguns ciclos antes que ela se torne muito concentrada, mas pretendemos 10 ou mais ciclos para que as usinas de energia possam reduzir o uso de água. "

Do laboratório à aplicação do mundo real

Além de estudar o material e sua eficácia, a equipe queria determinar a melhor forma de dimensionar o novo material de filtração para que fosse viável para operações em larga escala em usinas de energia. Alunos do departamento de engenharia civil da University of New Mexico, trabalhando sob a direção do professor Kerry Howe, realizou uma análise de aumento de escala no material, e pesquisadores da Sandia's Livermore, Califórnia, local realizou uma análise técnico-econômica para estimar as economias de custo e energia para aplicações do mundo real.

"As medições que fazemos aqui são em copos do tamanho de uma xícara de café, mas quando você está em uma instalação como uma usina de energia que usa um milhão de galões por dia, você quer saber se a hidrotalcita será eficaz nesse nível, "Brady disse.

A equipe de pesquisa usou a abordagem e análises multidisciplinares para orientar seus experimentos para encontrar o melhor tratamento de hidrotalcita para uso industrial com custo e eficiência energética.

“Grande parte da indústria já terá um processo de remoção de sílica que funciona, mas pode não funcionar bem, "Nenoff disse." Como resultado deste projeto, seremos capazes de dar a eles uma estimativa de custo e economia de energia, e até mesmo uma economia projetada para a vida útil que a hidrotalcita poderia fornecer em relação ao método atual. Esse tipo de modelagem e análise fornece mais incentivo para assumir o risco de implementar um novo método. "

A equipe publicou três artigos em periódicos e recebeu uma patente provisória para o filtro.