Taiwan har haft vattenbrist i decennier – och Chicago-området kan möta dem inom de närmaste 20 åren eftersom akvifernivåerna för brunnsvatten sjunker medan Great Lakes vattenanvändning begränsas av en mellanstatlig kompakt.

När torkan förvärras över hela världen på grund av den globala uppvärmningen, förbättrade vattenbesparings- och effektivitetssystem blir alltmer nödvändiga. National Taiwan University (NTU), en prestigefylld forskningsinstitution belägen i Taipei, försöker utnyttja kraften hos det internationella vetenskapssamfundet här och globalt för att driva städer till en mer hållbar framtid.

Dragon Gate-programmet vid National Taiwan University, i samarbete med Argonne National Laboratory väster om Chicago, och Northwestern University är banbrytande teknik för vattenåtervinning och återanvändning. Det ena är ett filtreringssystem som producerar rent vatten från saltvatten eller avloppsvatten. Projektet är inne på sitt tredje år.

Yupo Lin, en elektrokemisk ingenjör vid ANL, leder forskargruppen att skala upp en filtreringsteknik som kallas Resin Wafer Electrodeionization (RW-EDI). Processen renar avloppsvatten genom att trycka det genom en serie porösa jonbytarmembran med ett elektriskt fält på vardera sidan. Resultatet är en energieffektiv och ekonomiskt lönsam metod för vattenåtervinning, sa Lin.

"Vi har inte många naturresurser i Taiwan, " sa Lin. Hittills, Argonne RW-EDI-processen har endast demonstrerats som ett pilotprogram. Men teamet hoppas snart kunna skapa system som kan användas kommersiellt och förbättra vatteneffektiviteten i stor skala. Planer pågår för att göra just det.

"Vi gör den här forskningen för att lösa problem som södra Taiwan står inför, "sade postdoktor Ming-Huang Wang." Vi vill skapa en mångsidig teknik. "

Wang arbetar med Carbon Cycle Research Center vid NTU, men tillbringar nu 10 månader i Energy Systems Division på ANL, där han arbetar med Lin om teknik för återanvändning av vatten som kan tillämpas i Taiwan och på andra håll när vattenbrist sprids på grund av klimatförändringar.

RW-EDI renar inte avloppsvatten till den grad att det är drickbart. Dock, det bräckta eller halvrena vattnet som utvinns kan fortfarande användas för många ändamål.

"Vi tenderar att tro att det mesta av vattnet som används är vad folk dricker, men det är inte sant, sade Aaron Packman, professor i civil- och miljöteknik vid Northwestern University. Han samarbetar med Lin, Argonne, och NTU om RW-EDI-projektet. "En av strategierna som vi tittar på är att försöka separera dricksvattnet från industriell vattenanvändning, ", sa han. Tekniken kan ta bort föreningar som är problematiska för industrin att producera vatten som kan användas för kylning och andra ändamål.

"Du behöver inte behandla vatten till dricksnormer om det ska användas för industriella ändamål, sa Packman, del av Northwestern-Argonne Institute for Science and Engineering. "Det finns sätt att bli mer effektiva."

Eftersom kraftverk är de största förbrukarna av vatten i USA, att använda mer effektiva källor för kylvatten skulle ha en betydande inverkan på vattenförsörjningen. Det är svårt att föreställa sig att en plats som Chicago, som ligger precis vid Lake Michigan, någonsin skulle kunna få vattenbrist, men uppskattningar tyder på att industriell och ekonomisk utveckling kan begränsas i staden inom de närmaste 20 åren. "Om vi ​​hittar ett sätt att återanvända avloppsvattnet som öppnar upp en enorm mängd ny utvecklingspotential, sa Packman.

NTU-ANL-NU-partnerskapet och Dragon Gate-programmet har skapat möjligheter för forskare från båda institutionerna att bidra till teknik som kan förbättra resurshanteringen, inte bara i Chicago och Taipei, men över hela världen.

Ett konsortium av globala forskare kommer att samlas 5 och 6 augusti vid en konferens som anordnas av NTU för att utforska möjligheter för nya internationella samarbeten. Symposiet fokuserar på teknik för rent vatten, de viktiga länkarna mellan urban mat, energi- och vattenförsörjning, och grön infrastruktur. Lin och Packman kommer att ta upp dessa ämnen på symposiet, tillsammans med Seth Snyder, en maskinteknikprofessor vid Northwestern, och forskare från flera institutioner.

"Vi siktar på integrerade vatten-energilösningar, inklusive en blandning av teknisk innovation och integration av konstruerade system med naturliga system, ", sa Packman. Samarbetet mellan ledande forskare inom detta område kan skapa den uppfinningsrikedom som gör att städer kan fortsätta att fungera eftersom resursbrist blir ett mer överhängande hot.