توليد انرژي از اختلاف غلظت شوري آب به روش معكوس الكترودياليز در مقياس آزمايشگاهي

Power Generation from Salinity Gradient Using Reverse Electro-Dialysis in Lab scale

انرژي، آب و محيط‌زيست فصل مشترك عمده نيازهاي بشر امروز به شمار مي‌روند. در اين راستا اختلاف غلظت شوري منابع آب به‌منزله منبع انرژي پاك مورد توجه و بررسي قرار گرفته است. هدف از اين تحقيق، بررسي فرايند توليد انرژي با استفاده از اختلاف غلظت شوري به روش معكوس الكترودياليز و دستيابي به چارچوب عملكردي سامانه مورد نظر بود. براي اين منظور، پارامترهاي اصلي بهره‌برداري از اين سامانه يعني دبي در چهار سطح 30،20،10 و 40 ميلي‌ليتر در دقيقه، دما در سطوح 25، 15، 5 و 35 درجه سانتي‌گراد و اختلاف غلظت در سطوح 150، 90، 30 و 210 گرم بر ليتر در مقياس آزمايشگاهي با استفاده از 10 سلول مولد بررسي شدند. همچنين، از روش تاگوچي براي طراحي آزمايش‌ها استفاده شد. ميزان اثرگذاري هر يك از اين پارامترها بر تابع هدف يعني توان بيشينه توليد انرژي به ازاي غشاي مصرفي با استفاده از تجزيه و تحليل آماري تعيين شد. بر اساس نتايج، اختلاف غلظت به‌منزله موثرترين عامل (81 درصد) و دبي و دما به‌منزله كم‌‌اثرترين عوامل (به ترتيب 15 و 3 درصد) بر تابع هدف شناخته شدند. مطابق نتايج آناليز سيگنال به نويز (S/N)، در بهترين شرايط عملكردي سامانه، اختلاف غلظت برابر 210 گرم بر ليتر، دبي برابر 40 ميلي‌ليتر در دقيقه و دما برابر 35 درجه سانتي‌گراد توان توليد انرژي برابر 6/0 وات بر متر مربع حاصل شد.

Nowadays, Energy, Water and Environmental issues are the intersection of all human’s requisites which have been being investigated by researchers in all over of the world. In this regard, gradient of water salinity concentrations attracted considerations as a clean energy source. The purpose of this study is to investigate power generation using salt concentration gradient by Reverse Electro-Dialysis (RED) methods and achieve the optimized operational conditions. For this purpose the main operational parameter, i.e. flow rate (at 4 levels, 10,20,30 and 40 mL/min ), temperature (at 4 levels, 5,15,25 and 35 °C) and concentration gradient (at 4 levels, 30,90,150 and 210 gr/L) using 10 RED cells. Taguchi method was used to design the experiments. The degree of influence of each of evaluated parameters on the objective function, the maximum generated power per membrane surface area, was determined by statistical analysis. According to results the gradient of concentrations was the most effective parameter (81%) and the temperature and flow rate had the minimum effect (respectively 15% and 3%). According to the analysis of signal to noise (S / N) best operational conditions of system is 210gr/L for the gradient of concentrations, 40mL/min for flow rate, and 35 °C for temperature. At this condition 0.6 watts per square meter were obtained for power.