Windmolen ontzilt zeewater

Het lijkt een ouderwetse molen, zoals er zoveel staan in de polder, maar de vijftien meter hoge constructie die vlak bij Delft langs de A13 staat is niet bedoeld om de weilanden droog te houden maar om zeewater te ontzilten. De installatie is een project van studente civiele techniek Evgenia Rabinovitch. Met het project ‘Drinking with the wind’ heeft ze zich ten doel gesteld om zeewaterzuiverende windmolens te maken voor ontwikkelingsgebieden.

“Op eilanden kan de molen goed werk doen”, zegt Rabinovitch. “Zoetwater is er vaak schaars, zeewater is er in overvloed, evenals wind.” Deze lente kan de onderzoekster haar theorie toetsen. Dan staat de molen, die nu nog proefdraait met een bak zelfgezouten water, op Curacao, op het terrein van nutsbedrijf Aqua Electra. Hij moet daar vijfduizend liter drinkwater per dag produceren.

De molen pompt zout water door een dikke cilinder die bestaat uit talloze poreuze polymeren membraan laagjes. Eenmaal door door de kern van de buis is het water ontzilt. Omgekeerde osmose heet deze membraanfiltertechniek.

Omgekeerde osmose wordt al decennia toegepast. Israël voorziet op deze manier voor een groot deel in zijn drinkwaterbehoefte. Maar de combinatie met windmolens, waarbij de mechanische energie direct de pomp bedient, die is nieuw. Het water wordt normaliter met elektrische pompen door de membranen geperst.

Het voordeel van een molen die water zuivert ten opzichte van een installatie met elektromotor lijkt evident. Niet overal is elektriciteit of brandstof voor een generator beschikbaar of betaalbaar. Bovendien werkt het systeem twintig procent efficiënter, omdat er geen energie verloren gaat bij het omzetten van elektriciteit in mechanische energie.

Maar er zitten nogal wat haken en ogen aan de techniek. “Uit de literatuur is bekend dat onderzoekers uit Saoedi-Arabië ooit eens hebben geprobeerd om met windenergie een membraanpomp aan te drijven, maar waarschijnlijk is dat mislukt”, vertelt Rabinovitch’ begeleider, dr.ir. Bas Heijman. “We hebben althans nooit meer iets van het project gehoord.”

Het koppelen van een windmolen aan een membraanfilterpomp is lastig omdat de pomp niet met constante kracht water door het membraan perst. Waait het hard, dan perst de pomp een groter deel van het water door de filter. Er blijft een sterk geconcentreerde zout- en calciumoplossing over. Calciumcarbonaat slaat neer op de filter waardoor deze binnen de kortste keren vervangen moet worden.

Rabinovitch heeft hier iets slims op bedacht. In haar systeem wordt altijd dertig procent van het water door de filter geperst en omgezet in drinkwater en zeventig procent stroomt er als geconcentreerd residu weer uit. Dat dit ook goed gaat bij wisselende windkrachten komt doordat de studente een tweede, kleinere pomp heeft toegevoegd aan de zuiveringsinstallatie die overtollige druk opvangt en terug het systeem in stuurt. Met dit systeem heeft de studente afgelopen zomer een prijs van 40 duizend euro gewonnen van de Dienst Elektronische en Mechanische Ontwikkeling van de TU, bedoeld voor het ontwikkelen van unieke experimentele opstellingen.

Volgens Heijman kan de molen op termijn voor 35 duizend euro gemaakt worden. Omgerekend zou dit betekenen dat de molen duizend liter kan produceren voor één a’ anderhalve euro. Dat is op een eiland als Curacao waar een kuub water tussen de vijf en de zeven euro kost, mooi meegenomen.

Maar het wordt nog wel spannend op de Antillen. De molen heeft in Nederland nauwelijks kunnen proefdraaien. “Doordat de wieken verkeerd werden bevestigd bogen ze krom zodra het ging waaien”, vertelt bachelor werktuigbouwkundestudent Friso Bos, die meewerkt aan het apparaat. “We moeten nog zien hoe goed de molen werkt als de pomp in werking is. Ook mag de pomp niet drooglopen als hij draait. Het water zorgt voor de smering.” Voor grote windvlagen is de student niet bang. “De molen kan twaalf meter per seconde aan. Als het nog harder waait, draaien de wieken parallel aan de wind.”

(Foto:Tony Schuit)

Het lijkt een ouderwetse molen, zoals er zoveel staan in de polder, maar de vijftien meter hoge constructie die vlak bij Delft langs de A13 staat is niet bedoeld om de weilanden droog te houden maar om zeewater te ontzilten. De installatie is een project van studente civiele techniek Evgenia Rabinovitch. Met het project ‘Drinking with the wind’ heeft ze zich ten doel gesteld om zeewaterzuiverende windmolens te maken voor ontwikkelingsgebieden.

“Op eilanden kan de molen goed werk doen”, zegt Rabinovitch. “Zoetwater is er vaak schaars, zeewater is er in overvloed, evenals wind.” Deze lente kan de onderzoekster haar theorie toetsen. Dan staat de molen, die nu nog proefdraait met een bak zelfgezouten water, op Curacao, op het terrein van nutsbedrijf Aqua Electra. Hij moet daar vijfduizend liter drinkwater per dag produceren.

De molen pompt zout water door een dikke cilinder die bestaat uit talloze poreuze polymeren membraan laagjes. Eenmaal door door de kern van de buis is het water ontzilt. Omgekeerde osmose heet deze membraanfiltertechniek.

Omgekeerde osmose wordt al decennia toegepast. Israël voorziet op deze manier voor een groot deel in zijn drinkwaterbehoefte. Maar de combinatie met windmolens, waarbij de mechanische energie direct de pomp bedient, die is nieuw. Het water wordt normaliter met elektrische pompen door de membranen geperst.

Het voordeel van een molen die water zuivert ten opzichte van een installatie met elektromotor lijkt evident. Niet overal is elektriciteit of brandstof voor een generator beschikbaar of betaalbaar. Bovendien werkt het systeem twintig procent efficiënter, omdat er geen energie verloren gaat bij het omzetten van elektriciteit in mechanische energie.

Maar er zitten nogal wat haken en ogen aan de techniek. “Uit de literatuur is bekend dat onderzoekers uit Saoedi-Arabië ooit eens hebben geprobeerd om met windenergie een membraanpomp aan te drijven, maar waarschijnlijk is dat mislukt”, vertelt Rabinovitch’ begeleider, dr.ir. Bas Heijman. “We hebben althans nooit meer iets van het project gehoord.”

Het koppelen van een windmolen aan een membraanfilterpomp is lastig omdat de pomp niet met constante kracht water door het membraan perst. Waait het hard, dan perst de pomp een groter deel van het water door de filter. Er blijft een sterk geconcentreerde zout- en calciumoplossing over. Calciumcarbonaat slaat neer op de filter waardoor deze binnen de kortste keren vervangen moet worden.

Rabinovitch heeft hier iets slims op bedacht. In haar systeem wordt altijd dertig procent van het water door de filter geperst en omgezet in drinkwater en zeventig procent stroomt er als geconcentreerd residu weer uit. Dat dit ook goed gaat bij wisselende windkrachten komt doordat de studente een tweede, kleinere pomp heeft toegevoegd aan de zuiveringsinstallatie die overtollige druk opvangt en terug het systeem in stuurt. Met dit systeem heeft de studente afgelopen zomer een prijs van 40 duizend euro gewonnen van de Dienst Elektronische en Mechanische Ontwikkeling van de TU, bedoeld voor het ontwikkelen van unieke experimentele opstellingen.

Volgens Heijman kan de molen op termijn voor 35 duizend euro gemaakt worden. Omgerekend zou dit betekenen dat de molen duizend liter kan produceren voor één a’ anderhalve euro. Dat is op een eiland als Curacao waar een kuub water tussen de vijf en de zeven euro kost, mooi meegenomen.

Maar het wordt nog wel spannend op de Antillen. De molen heeft in Nederland nauwelijks kunnen proefdraaien. “Doordat de wieken verkeerd werden bevestigd bogen ze krom zodra het ging waaien”, vertelt bachelor werktuigbouwkundestudent Friso Bos, die meewerkt aan het apparaat. “We moeten nog zien hoe goed de molen werkt als de pomp in werking is. Ook mag de pomp niet drooglopen als hij draait. Het water zorgt voor de smering.” Voor grote windvlagen is de student niet bang. “De molen kan twaalf meter per seconde aan. Als het nog harder waait, draaien de wieken parallel aan de wind.”

(Foto:Tony Schuit)