Preparación para la escasez de agua con diseño híbrido

KIST desarrolla métodos de destilación por membrana utilizando energía hidrotermal y solar. El objetivo es maximizar la eficiencia del sistema a través de tecnologías de destilación por membrana personalizadas para las características climáticas regionales.

Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología

imagen: Comparación del volumen de producción y la eficiencia para diferentes composiciones de destilación por membranaver más

Crédito: Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST)

El agua limpia es esencial para la supervivencia humana. Sin embargo, menos del 3% del agua dulce se puede utilizar como agua potable. Según un informe publicado por la Organización Meteorológica Mundial, hay escasez de agua potable para aproximadamente 1.000 millones de personas en todo el mundo, y se espera que aumente a 1.400 millones para 2050.

La tecnología de desalinización de agua de mar, que produce agua dulce a partir de agua de mar, podría resolver el problema de la escasez de agua. En el Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST, presidente: Seok-Jin Yoon), un equipo de investigación dirigido por el Dr. Kyung Guen Song del Centro de Investigación del Ciclo del Agua, ha desarrollado un módulo de destilación de membrana híbrida que combina energía solar con energía hidrotermal. bombas de calor para reducir el consumo de energía térmica durante el proceso de desalinización.

Los métodos de ósmosis inversa y evaporación son procesos de desalinización de agua de mar relativamente comunes; sin embargo, estos métodos solo pueden operar a altas presiones y temperaturas. En comparación, el método de destilación por membrana produce agua dulce al utilizar la presión de vapor generada por la diferencia de temperatura entre el agua cruda que fluye y el agua tratada separada por una membrana. Este enfoque tiene la ventaja de un bajo consumo de energía, ya que se puede generar agua dulce a presiones de 0,2 a 0,8 bar, que es inferior a la presión atmosférica, y a temperaturas de 50 a 60 ℃. Sin embargo, la operación a gran escala requiere más energía térmica. Por lo tanto, se requieren estudios de investigación para reducir el uso de energía térmica para la operación comercial.

La destilación por membrana implica una transferencia simultánea de masa y calor (energía). Se divide en una destilación por membrana de contacto directo (DCMD) y una destilación por membrana con espacio de aire (AGMD) según los modos aplicados al lado del agua tratada de la membrana para generar diferencias de presión de vapor, que son la fuerza motriz. Para el suministro de alta energía, es beneficioso el modo de producir agua por contacto directo de agua cruda de alta temperatura y agua tratada de baja temperatura con la superficie de la membrana (es decir, DCMD). Por el contrario, para un suministro de energía bajo, la eficiencia es mayor si el calor transmitido (pérdida de calor) se reduce mediante espacios de aire, en lugar del contacto directo entre el agua cruda y el agua procesada (ver Figura 1). Por lo tanto, se prefiere el modo que genera agua por condensación sobre una superficie fría y que mantiene espacios de aire entre la membrana y la superficie de condensación (es decir, AGMD).

El equipo de investigación de KIST desarrolló una tecnología de desalinización híbrida mediante la realización de pruebas in situ durante 1 mes para comparar el rendimiento y la economía del sistema utilizando energía solar y bombas de calor hidrotermales. Cuando el sistema operó en paralelo con la energía solar, la producción aumentó en un 9,6 % (ver Figura 2) y el uso de energía se redujo en un 30 % (ver Figura 3) en comparación con el método de destilación por membrana que usa solo bombas de calor hidrotermales. Además, la comparación del consumo de energía térmica en función de la presencia de energía solar mostró que la eficiencia del proceso de la planta de destilación por membrana aumentó hasta en un 17,5% cuando se utilizó energía solar como fuente de calor adicional.

Según el Dr. Song, "La tecnología de desalinización híbrida que desarrollamos puede considerarse un método para suministrar agua a algunos complejos industriales y áreas insulares que enfrentan escasez de agua, ya que puede reducir el consumo de energía necesario para generar agua dulce. Esperamos que esta tecnología sea aplicado a importantes instalaciones de suministro de agua en el Medio Oriente y el Sudeste Asiático, donde la cantidad de radiación solar anual es 1,5 veces mayor que en Corea". Añadió: "La destilación por membrana no se ve afectada significativamente por la calidad del agua sin tratar, por lo que será posible suministrar agua potable a áreas donde la calidad del agua sin tratar se contaminó gravemente debido a la contaminación del agua y áreas donde la detección de metales pesados ​​es alta".

###

KIST se estableció en 1966 como el primer instituto de investigación financiado por el gobierno en Corea para establecer una estrategia de desarrollo nacional basada en la ciencia y la tecnología y difundir diversas tecnologías industriales para promover el desarrollo de las principales industrias. KIST ahora está elevando el estatus de la ciencia y la tecnología coreanas a través de la búsqueda de investigación y desarrollo innovadores líderes en el mundo. Para obtener más información, visite el sitio web de KIST en https://eng.kist.re.kr/

Esta investigación fue apoyada por el Ministerio de Ciencia y TIC (Ministro Jong-Ho Lee) y se llevó a cabo como un Programa de Desarrollo de Investigación de Fusión BRIDGE, que es parte del Proyecto de Investigación STEAM. Los resultados han sido publicados en "Energy Conversion and Management", una revista internacional en el campo de la mecánica.

Conversión y gestión de energía

10.1016/j.enconman.2022.115991

Análisis económico y de rendimiento de una planta piloto de destilación por membrana solar bajo diversas condiciones de operación

15-jul-2022

Descargo de responsabilidad: AAAS y Eurek Alert! no son responsables de la precisión de los comunicados de prensa publicados en EurekAlert! por instituciones contribuyentes o para el uso de cualquier información a través del sistema EurekAlert.