Zout maken is
een koud kunstje

De gebruikelijke wijze van zout winnen is het verdampen van zoutoplossingen. In warme landen blaakt de zon van energie om dit gratis te doen. Hiervoor hoef je niet eens zo ver naar het zuiden: aan de zuidkust van Bretagne wordt reeds zout gewonnen uit ondiepe zoutpannen waar regelmatig zeewater in stroomt. Na verdamping blijft een witte laag zoutkristallen achter die gretig wordt geruimd.

Zonder zon kost dit proces van verdampingskristallisatie veel kostbare energie. De Delftse promovendi Frank van der Ham en Raymond Vaessen zijn wetenschappelijk eigenwijs: zij koelen de zoutoplossing juist sterk af om kristallisatie te bereiken.

Water waarin veel zout is opgelost, heeft een vriespunt dat beduidend lager ligt dan 0 graden Celsius – dat is de reden waarom in de winter zout op de wegen wordt gestrooid. Pas beneden dat vriespunt ontstaan in de zoutoplossing kristallen. Dat zijn echter geen zoutkristallen maar waterkristallen: ijs. In het resterende, nog niet bevroren water neemt daardoor de concentratie van het zout toe. Bij deze temperatuur is het mogelijk een geconcentreerde zoutoplossing te scheiden van het ijs. Iedereen die wel eens een eigengemaakt waterijsje heeft gegeten, kent dat verschijnsel: je zuigt de limonadesiroop eruit en er blijft kleurloos ijs over.

Bij verder afkoelen raakt de zoutoplossing zo geconcentreerd dat verzadiging optreedt. Pas dan ontstaan behalve ijs ook zoutkristallen. De temperatuur waarbij ook het zout gaat kristalliseren, heet het eutectisch punt.

Zwaartekracht
Voor het scheiden van zout en water gebruiken de Delftse ingenieurs bovendien de zwaartekracht. Het gevormde ijs is lichter dan water en gaat drijven, de veel zwaardere zoutkristallen zakken juist naar de bodem. Zo ontstaat met deze eutectische vrieskristallisatie zeer zuiver zout en zeer zuiver water.

Van der Ham becijfert dat het verdampen van 1 kilogram water zesmaal zo veel energie kost als het op deze manier bevriezen van dezelfde hoeveelheid. „Inmiddels zijn de energieprijzen zodanig toegenomen dat ons onderzoek met grote interesse wordt gevolgd door de industrie”, aldus Van der Ham, die inmiddels op deze uitdaging is gepromoveerd.

Ir. Raymond Vaessen gaat verder met het onderzoek. In het Delftse laboratorium apparatenbouw procesindustrie laat Vaessen een werkend prototype zien. Het is geheel transparant en de koelvlakken zijn duidelijk zichtbaar. Aan de onderkant zit een aftappunt voor de naar de bodem gezakte zoutkristallen en via de aansluiting boven komt zuiver water (als ijs) naar buiten. Het enige wat draait, zijn de wissers die moeten voorkomen dat ongewenste ijsafzetting plaatsheeft op de koeloppervlakken.

Op het eerste gezicht een uiterst simpel apparaat, dat binnen afzienbare tijd zijn plaats kan krijgen in de zoutindustrie. Maar schijn bedriegt. Vaessen: „Ik denk dat het nog wel zo'n vijf jaar wetenschappelijk onderzoek vergt voordat we een robuust systeem hebben dat is opgeschaald naar industriële grootte.”

Afvalstromen
Het Delftse onderzoek is enkele jaren geleden gestart met zout uit industriële afvalstromen te verwijderen. Dat spaart het milieu en bovendien kan het gewonnen zout soms weer gebruikt worden. Het gaat dan vaak om andere zouten dan keukenzout, zoals natriumnitraat, calciumchloride en ammoniumsulfaat. Nu de techniek nog in ontwikkeling is, zal de productie van keukenzout vanwege economische redenen niet de interessantste zijn, zegt Vaessen. De omvang van de zouthoudende afvalstromen is daarentegen enorm, het gaat om vele miljoenen tonnen oplossing van diverse zouten.

Een van de uitdagingen is het proces nog energiezuiniger te maken. Dat is vooral van belang voor zouten waarbij het eutectisch punt erg laag ligt. Bij een oplossing van keukenzout ligt het eutectisch punt bij circa -20 graden, maar bij calciumchloride is dat -55 graden.

„We kunnen het proces zuiniger maken door in zo'n geval het eutectisch punt te verhogen. We experimenteren daarvoor met ijshydraten, ijskristallen met holle ruimtes erin die gevuld zijn met gasmoleculen, bijvoorbeeld methaan of kooldioxide. Deze speciale ijsvorm ontstaat door het gas bij een hoge druk, 12 tot 14 bar, te injecteren.” De hoge druk die nodig is, ziet Vaessen nog als een nadeel. „Maar als we de hydraattechnologie goed beheersen, is daardoor nog minder energie voor de splitsing nodig.” Voorlopig is het nog een warme bedoening in de zoutziederij.

Eutectisch vriezen aantrekkelijker dan verdampen:
www.delftintegraal.tudelft.nl