Preparando-se para a escassez de água usando o híbrido des

A KIST desenvolve métodos de destilação por membrana usando energia hidrotérmica e solar. O objetivo é maximizar a eficiência do sistema por meio de tecnologias de destilação por membrana personalizadas para as características climáticas regionais.

Conselho Nacional de Pesquisa de Ciência e Tecnologia

imagem: Comparação de Volume de Produção e Eficiência para Diferentes Composições de Destilação por MembranaVeja mais

Crédito: Instituto de Ciência e Tecnologia da Coreia (KIST)

A água limpa é essencial para a sobrevivência humana. No entanto, menos de 3% da água doce pode ser usada como água potável. De acordo com um relatório publicado pela Organização Meteorológica Mundial, há escassez de água potável para aproximadamente 1 bilhão de pessoas em todo o mundo, que deve aumentar para 1,4 bilhão até 2050.

A tecnologia de dessalinização da água do mar, que produz água doce a partir da água do mar, pode resolver o problema da escassez de água. No Instituto de Ciência e Tecnologia da Coreia (KIST, Presidente: Seok-Jin Yoon), uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Kyung Guen Song, do Centro de Pesquisa do Ciclo da Água, desenvolveu um módulo de destilação por membrana híbrida que combina energia solar com hidrotermal bombas de calor para reduzir o consumo de energia térmica durante o processo de dessalinização.

Osmose reversa e métodos de evaporação são processos relativamente comuns de dessalinização da água do mar; no entanto, esses métodos podem operar apenas em altas pressões e temperaturas. Em comparação, o método de destilação por membrana produz água doce utilizando a pressão de vapor gerada pela diferença de temperatura entre o fluxo de água bruta e a água tratada separada por uma membrana. Essa abordagem tem a vantagem de baixo consumo de energia, pois a água doce pode ser gerada a pressões de 0,2 a 0,8 bar, que é menor que a pressão atmosférica e temperaturas de 50 a 60 ℃. No entanto, a operação em larga escala requer mais energia térmica. Assim, estudos de pesquisa são necessários para reduzir o uso de energia térmica para operação comercial.

A destilação por membrana envolve transferência simultânea de massa e calor (energia). É dividido em uma destilação de membrana de contato direto (DCMD) e uma destilação de membrana de intervalo de ar (AGMD) com base nos modos aplicados ao lado da membrana de água tratada para gerar diferenças de pressão de vapor, que são a força motriz. Para fornecimento de alta energia, o modo de produção de água por contato direto de água bruta de alta temperatura e água tratada de baixa temperatura com a superfície da membrana (ou seja, DCMD) é benéfico. Em contraste, para baixo fornecimento de energia, a eficiência é maior se o calor transmitido (perda de calor) for reduzido por entreferros, ao invés do contato direto entre água bruta e água processada (ver Figura 1). Assim, prefere-se o modo que gera água por condensação sobre uma superfície fria e que mantém espaços de ar entre a membrana e a superfície de condensação (ou seja, AGMD).

A equipe de pesquisa do KIST desenvolveu uma tecnologia de dessalinização híbrida realizando testes no local por 1 mês para comparar o desempenho e a economia do sistema usando energia solar e bombas de calor hidrotérmicas. Quando o sistema funcionou em paralelo com a energia solar, a produção aumentou 9,6% (ver Figura 2) e o uso de energia foi reduzido em 30% (ver Figura 3) em comparação com o método de destilação por membrana usando apenas bombas de calor hidrotérmicas. Além disso, a comparação do consumo de energia térmica dependendo da presença de energia solar mostrou que a eficiência do processo da planta de destilação por membrana aumentou em até 17,5% quando a energia solar foi usada como fonte de calor adicional.

De acordo com o Dr. Song, "A tecnologia de dessalinização híbrida que desenvolvemos pode ser considerada um método para fornecer água a alguns complexos industriais e áreas insulares que enfrentam escassez de água, pois pode reduzir o consumo de energia necessário para gerar água potável. Esperamos que esta tecnologia seja aplicado a importantes instalações de abastecimento de água no Oriente Médio e Sudeste Asiático, onde a quantidade anual de radiação solar é 1,5 vezes maior que na Coréia." Ele acrescentou: "A destilação por membrana não é significativamente afetada pela qualidade da água bruta, portanto, será possível fornecer água potável para áreas onde a qualidade da água bruta foi fortemente contaminada devido à poluição da água e áreas onde a detecção de metais pesados ​​é alta".