Voor het verbouwen van gewassen zoals rijst is veel water nodig. Grondwater bevat vaak te veel opgeloste zouten om het water voor gewasteelt te kunnen gebruiken. Deze zouten moeten worden verwijderd. Hierna wordt het water ‘zoet water’ genoemd. Destillatie van grote hoeveelheden grondwater kost veel energie en is duur. Een mogelijk alternatief is elektrodialyse. Bij elektrodialyse stroomt zout grondwater door een opstelling met membranen waarover een spanning is aangelegd (figuur 1). De benodigde elektrische energie wordt met behulp van zonlicht opgewekt.
In figuur 1 is weergegeven hoe zout grondwater van onderaf een opstelling met zes compartimenten binnenstroomt. Na inschakelen van de spanningsbron kunnen de ionen die in het zoute water aanwezig zijn zich door een membraan verplaatsen. Membraan A laat uitsluitend positieve ionen door en membraan B uitsluitend negatieve ionen. Doordat de membranen A en B afwisselend zijn geplaatst, vindt in sommige
compartimenten een verwijdering van ionen plaats en in andere compartimenten een toename van de concentratie van ionen. Er stromen dus twee vloeistoffen uit de opstelling: zoet water en zeer zout water.
Aan de negatieve elektrode ontstaat waterstof volgens halfreactie 1. Als deze waterstof wordt opgeslagen, kan die gebruikt worden voor een brandstofcel die ‘s nachts de opstelling van energie voorziet. De waterstof wordt gevormd volgens onderstaande halfreactie:
2 H2O + 2 e– → H2 + 2 OH– (halfreactie 1)
Langs beide elektroden wordt een elektrolyt-oplossing geleid. Hiervoor wordt een oplossing van natriumsulfaat (Na2SO4) gebruikt.
In de opstelling van figuur 1 wordt voorkómen dat chloride-ionen in de elektrolyt-oplossing aan de positieve elektrode komen. Dit voorkomt het optreden van een ongewenste halfreactie van Cl– aan deze elektrode. Volgens het GHS-systeem zou dan gevarenzin H330 van toepassing zijn.
In figuur 2 is de structuurformule weergegeven van een additiepolymeer waaruit een van de twee soorten membranen uit de opstelling is gemaakt. Dit additiepolymeer is gevormd uit twee soorten monomeren. Een van de monomeren is ook apart in figuur 2 weergegeven. Het andere monomeer zorgt voor crosslinks tussen de ketens van het polymeer.
Een belangrijk voordeel van elektrodialyse is het lage energieverbruik. Met 2,3 kWh aan energie kan 1,0 m3 zout grondwater worden gezuiverd. De benodigde energie kan bovendien met zonlicht worden opgewekt. Bij het destilleren van zout grondwater ligt het energieverbruik veel hoger, doordat veel energie nodig is om water te laten verdampen. Met behulp van onderstaande gegevens kan worden berekend dat met 2,3 kWh aan energie via destillatie veel minder dan 1,0 m3 zout grondwater gezuiverd kan worden.
Gegevens:
− 1,0 kWh komt overeen met 3,6.106 J.
− De verdampingsenergie van zout grondwater is 2,26.106 J per kg.
− De dichtheid van zout grondwater is 1,02.103 kg m–3.