海水淡化厂是干旱地区主要且不断增长的淡水来源，利用电力和密歇根大学的新膜可以产生更少的有害废物。
海水淡化厂可以通过新膜帮助最小化或消除将海水转化为饮用水的副产品盐水废物。今天，液态盐水废物储存在水池中，直到水分蒸发，留下固体盐或可以进一步加工的浓盐水。但盐水需要时间来蒸发，这为污染地下水提供了充足的机会。
空间也是一个问题。每生产一升饮用水，典型海水淡化厂会产生1.5升盐水。根据联合国的一项研究，全球每天产生超过370亿加仑盐水废物。当蒸发池的空间不足时，海水淡化厂将盐水注入地下或倾倒入海洋。盐水平升高可能对海洋生态系统造成伤害。
“海水淡化行业迫切需要更好的解决方案，”密歇根大学化学工程助理教授、今日发表在《自然化学工程》上的研究对应作者乔万·卡姆切夫说。“我们的技术可以帮助海水淡化厂在减少废物的同时使用更少的能源，变得更加可持续。”
为了消除盐水废物，海水淡化工程师希望浓缩盐分，使其能够在工业槽中轻易结晶，而不是占地超过一百英亩的水池。分离出的水可以用于饮用或农业，而固体盐则可以收集用于有用的产品。海水不仅含有氯化钠——也就是食盐——还有锂（用于电池）、镁（用于轻合金）和钾（用于肥料）等有价值的金属。
海水淡化厂可以通过加热和蒸发水来浓缩盐水，这种方法需要大量能量，或者通过反渗透，这通常只在相对低盐度下有效。电渗析是一种有希望的替代方案，因为它在高盐浓度下工作并且需要相对较少的能量。该过程利用电力来浓缩盐分，而盐在水中以带电原子和分子（称为离子）的形式存在。
该过程的运作方式如下：水流进多个由膜分隔的通道，每个膜的电荷与相邻膜正好相反。整个流动两侧都有一对电极。正的盐离子朝向带负电的电极移动，被带正电的膜挡住。负离子朝向带正电的电极移动，被带负电的膜挡住。这产生了两种类型的通道——一种是正负离子都可以离开的，另一种是离子进入的，从而形成净化水和浓缩盐水的流。
但是，电渗析也有其盐度限制。随着盐浓度的升高，离子开始泄漏通过电渗析膜。尽管市场上有抗漏膜，但它们往往传输离子太慢，使得电力需求对于盐分超过平均海水六倍的盐水变得不可行。
研究人员通过将创纪录数量的带电分子包装到膜中克服了这一限制，增加了它们的抗离子能力和导电性——这意味着它们可以以更少的能量移动更多的盐。通过他们的化学研究，研究人员可以生产出导电性是目前市场上相对抗漏膜的十倍的新膜。
密集的电荷通常会吸引大量水分子，这限制了传统电渗析膜中能容纳多少电荷。膜在吸收水时会膨胀，电荷被稀释。在新膜中，由碳制成的连接器通过将带电分子锁在一起来防止膨胀。
限制的程度可以改变，以控制膜的漏水性和导电性。允许某种程度的漏水性可以使导电性超越今天商业可用的膜。研究人员希望膜的可定制性能够促进其推广。
“每种膜并不适合所有目的，但我们的研究展示了广泛的选择，”化学工程博士后、大众研究的第一作者大卫·基托说。“水是如此重要的资源，所以能够帮助将海水淡化变成我们全球水危机的可持续解决方案将是非常惊人的。”
该研究得到了美国能源部的资助，并依靠宾夕法尼亚大学材料研究科学与工程中心资助的X射线设施。
该团队在密歇根大学创新合作的帮助下申请了专利保护。
