Air yang dihasilkan dari sumur minyak atau gas yang beroperasi, biasanya sangat asin setelah bersentuhan dengan batuan bawah tanah, dapat dibersihkan dari garamnya dan kontaminan lainnya menggunakan elektrodialisis, dan kemudian digunakan kembali untuk mengurangi jumlah air tawar yang dibutuhkan. Diagram ini mengilustrasikan prosesnya, dengan air asin berwarna biru tua dan air tawar berwarna biru muda. Proses elektrodialisis menggunakan membran dan muatan listrik diilustrasikan di dalam lingkaran. Ilustrasi: Jose-Luis Olivares/MIT (gambar inset milik para peneliti)
Sebuah studi yang baru diterbitkan mengungkapkan bagaimana elektrodialisis dapat memberikan pengobatan air asin dari sumur minyak dan gas yang hemat biaya.
Ledakan minyak dan gas yang dihasilkan melalui rekahan hidrolik, atau fracking, dipandang sebagai anugerah untuk memenuhi kebutuhan energi AS. Tapi satu hasil sampingan dari proses ini adalah jutaan galon air yang jauh lebih asin daripada air laut, setelah melarutkan garam dari bebatuan jauh di bawah permukaan.
Sekarang peneliti di MIT adalah singkatan dari Massachusetts Institute of Technology. Ini adalah universitas riset swasta bergengsi di Cambridge, Massachusetts yang didirikan pada tahun 1861. Ini diatur dalam lima Sekolah: arsitektur dan perencanaan; rekayasa; humaniora, seni, dan ilmu sosial; pengelolaan; dan sains. Dampak MIT mencakup banyak terobosan ilmiah dan kemajuan teknologi. Tujuan mereka menyatakan adalah untuk membuat dunia yang lebih baik melalui pendidikan, penelitian, dan inovasi.
MIT dan di Arab Saudi mengatakan mereka telah menemukan solusi ekonomis untuk menghilangkan garam dari air ini Analisis baru muncul minggu ini di jurnal Applied Energy, dalam makalah yang ditulis bersama oleh profesor MIT John Lienhard, pascadoktoral Ronan McGovern, dan empat lainnya.
Metode yang mereka usulkan untuk mengolah “air terproduksi” yang mengalir dari sumur minyak dan gas selama operasi mereka adalah salah satu yang telah dikenal selama beberapa dekade, tetapi belum dianggap sebagai kandidat yang layak untuk air bersalinitas sangat tinggi, seperti yang dihasilkan dari sumur minyak dan gas. Teknologinya, elektrodialisis, “telah ada setidaknya selama 50 tahun,” kata Lienhard, Profesor Air dan Pangan Abdul Latif Jameel serta direktur Pusat Air Bersih dan Energi Bersih di MIT dan Universitas King Fahd Perminyakan dan Mineral (KFUPM).
Tim peneliti juga termasuk mahasiswa pascasarjana Adam Weiner, mahasiswa pascasarjana Lige Sun, dan sarjana Chester Chambers di MIT, dan Profesor Syed Zubair di KFUPM.
“Elektrodialisis umumnya dianggap menguntungkan untuk air dengan salinitas yang relatif rendah,” kata Lienhard — seperti air tanah dangkal dan payau yang ditemukan di banyak lokasi, umumnya dengan salinitas sekitar sepersepuluh dari air laut. Tetapi elektrodialisis ternyata juga layak secara ekonomi di ujung lain dari spektrum salinitas, analisis baru menunjukkan.
Ekstra asin
Air terproduksi dari sumur berbahan bakar fosil dapat memiliki salinitas tiga hingga enam kali lebih besar daripada air laut; penelitian baru menunjukkan bahwa garam ini dapat dihilangkan secara efektif melalui serangkaian tahapan elektrodialisis.
Idenya tidak cukup untuk memurnikan air agar dapat diminum, kata para peneliti. Sebaliknya, itu bisa dibersihkan cukup untuk memungkinkan penggunaan kembali sebagai bagian dari cairan rekahan hidrolik yang disuntikkan ke sumur berikutnya, secara signifikan mengurangi air yang dibutuhkan dari sumber lain.
Lienhard menjelaskan bahwa jika Anda mencoba membuat air murni, elektrodialisis menjadi semakin tidak efisien karena air semakin kurang asin, karena memerlukan aliran arus listrik melalui air itu sendiri: Air asin menghantarkan listrik dengan baik, tetapi air murni tidak.
McGovern, seorang pascadoktoral di Departemen Teknik Mesin MIT dan penulis utama makalah tersebut, mengatakan keuntungan lain dari sistem yang diusulkan adalah “fleksibilitas dalam jumlah garam yang kami keluarkan. Kami dapat menghasilkan tingkat salinitas keluaran apa pun.” Biaya pemasangan sistem elektrodialisis, katanya, tampaknya lebih baik dibandingkan dengan sistem lain yang digunakan secara luas untuk menangani air terproduksi.
Tidak jelas pada titik ini, kata McGovern, berapa salinitas optimal untuk cairan fracking. “Pertanyaan besar saat ini adalah pada salinitas apa Anda harus menggunakan kembali air tersebut,” katanya. “Kami menawarkan cara untuk dapat mengontrol konsentrasi itu.”
Filtrasi terlebih dahulu
Sebelum mencapai tahap desalinasi, para peneliti membayangkan bahwa kotoran kimia dalam air akan dihilangkan dengan menggunakan filtrasi konvensional. Satu ketidakpastian yang tersisa adalah seberapa baik membran yang digunakan untuk elektrodialisis akan bertahan setelah terpapar air yang mengandung jejak minyak atau gas. “Kami membutuhkan karakterisasi respons berbasis laboratorium,” kata McGovern.
Jika sistem bekerja sebaik yang disarankan oleh analisis ini, ini tidak hanya dapat memberikan penghematan yang signifikan dalam jumlah air bersih yang perlu dialihkan dari pertanian, air minum, atau penggunaan lain, tetapi juga akan secara signifikan mengurangi volume air yang terkontaminasi. yang perlu dibuang dari lokasi pengeboran ini.
“Jika Anda dapat menutup siklusnya,” kata Lienhard, “Anda dapat mengurangi atau menghilangkan beban kebutuhan akan air bersih.” Ini bisa sangat signifikan di daerah penghasil minyak utama seperti Texas, yang sudah mengalami kelangkaan air, katanya.
Sementara teknologi elektrodialisis sudah tersedia sekarang, Lienhard menjelaskan bahwa aplikasi ini memerlukan pengembangan beberapa peralatan baru.
Jack Gilron, yang mempelajari desalinasi dan pengolahan air di Universitas Ben Gurion di Israel dan yang tidak terlibat dalam penelitian ini, mengatakan bahwa tim tersebut telah “menciptakan demonstrasi yang mengesankan dari pendekatan sistematis mereka untuk menganalisis kinerja [elektrodialisis] [dalam] air yang diproduksi. sistem.” Namun, dia menambahkan, “Para penulis dengan tepat menunjukkan bahwa masalah penskalaan dan pengotoran organik harus dijawab untuk benar-benar mempraktikkan [elektrodialisis] untuk sistem ini.”
Pekerjaan tersebut didukung oleh KFUPM, Hugh Hampton Young Memorial Fellowship, dan MIT Energy Initiative.
Publikasi : Ronan K. McGovern, et al, “On the cost of electrodialysis for the desalination of high salinity feeds,” Applied Energy, Volume 136, 31 Desember 2014, Halaman 649–661; DOI: 10.1016/j.apenergy.2014.09.050
Gambar: Jose-Luis Olivares/MIT (gambar inset milik para peneliti)
