Cientistas liderados pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) projetaram um novo sistema de dessalinização movido a energia solar baseado na tecnologia de reversão de eletrodiálise variável no tempo (EDR). É relatado que o sistema proposto atinge custos nivelados de água mais baixos do que as tecnologias tradicionais de dessalinização movidas a energia solar.
Um grupo global de cientistas liderado pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) desenvolveu um novo sistema de dessalinização de água salobra de baixo custo movido a energia solar que pode reduzir o custo nivelado da água (LCOW) em comparação com os sistemas tradicionais de dessalinização movidos a energia solar. é relatado que um sistema de dessalinização foi desenvolvido.
O sistema de dessalinização proposto utiliza uma técnica de reversão de eletrodiálise variável no tempo (EDR) desenvolvida por pesquisadores como uma variação flexível da dessalinização EDR convencional. “Nossa pesquisa visa abordar a escassez de água na Índia rural, onde as águas subterrâneas são em grande parte salinas e intragáveis. “A estabilidade não é boa”, disse o autor correspondente, Wei He. Revista fotovoltaica.
“O módulo EDR consiste em uma pilha de membranas de troca iônica que usam um campo elétrico para mover os íons do canal de diluição para o canal de salmoura entre cada membrana”, disse o grupo de pesquisa. “Este campo elétrico pode ser revertido intermitentemente para evitar o acúmulo de incrustações na membrana.”
No entanto, devido à natureza intermitente da energia solar, o EDR tradicional não é a solução perfeita. Por necessitarem de energia constante para funcionar, as usinas fotovoltaicas-EDR requerem o suporte de baterias ou grandes sistemas de energia solar, especialmente no início e no final do dia, quando a energia solar é escassa.
“Para superar esses problemas, desenvolvemos uma tecnologia flexível de EDR em lote que incorpora tensão variável no tempo e regulação de fluxo”, explicaram os acadêmicos. “Técnicas de controle baseadas em modelos permitem que o sistema EDR combine o consumo de energia com a geração de energia solar disponível em cada etapa de tempo, ao mesmo tempo em que otimiza a produção de água sob diferentes condições solares.”
Para controlar a operação, a equipe criou um controlador principal baseado em modelo feedforward rodando em Python para calcular a vazão ideal da bomba e a tensão da pilha EDR com base nas leituras do sensor em tempo real. O protótipo foi construído em um centro de pesquisa para refletir de perto os parâmetros típicos de projeto e as condições operacionais de um sistema PV-EDR em escala regional, capaz de produzir 6 m3 de água doce por dia. Tinha uma área de 37 metros quadrados e era alimentado por painéis solares inclinados a 30 graus.
Este sistema piloto foi testado com análises de um e seis dias e comparado com um sistema EDR tradicional sempre ligado. Ambos os sistemas foram alimentados com água com salinidade inicial média de 970 mg l-1. O sistema foi ajustado para uma taxa de recuperação de água conservadoramente baixa de 60%.
Imagem: Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Nature Water, CC BY 4.0 DEED
“Os sistemas flexíveis podem aproveitar diretamente uma média de 77% da energia solar disponível, em comparação com apenas cerca de 40% (aumento de 91%) para os sistemas convencionais”, destacaram os cientistas. “Isso sugere que a operação direta de um sistema convencional (ou seja, sem armazenamento de energia) exigiria muito mais área de painel solar, aumentando os custos de capital.”
Além disso, a análise constatou que a capacidade mínima média da bateria necessária para o sistema flexível foi de 0,27 kWh, uma redução de 92% em comparação com 3,3 kWh para o sistema constante. “Em última análise, os resultados mostram que o sistema flexível pode atingir volumes de produção até 54% mais rápido do que o sistema convencional”, acrescentaram.
Após os resultados experimentais, os investigadores realizaram um estudo de caso para analisar os custos da utilização de tal sistema em Cherur, uma aldeia rural indiana perto de Hyderabad. Usando simulação e otimização computacional, ele foi comparado a um sistema PV-EDR convencional, um PV-EDR estacionário de última geração e um sistema comercial de dessalinização por osmose reversa (RO) na rede. “O RO usa pressão para forçar a água através de uma membrana polimérica, mas seus íons constituintes são bloqueados pela membrana”, disse o grupo de pesquisa.
“O custo nivelado otimizado da água (LCOW) alcançado pelo sistema PV-EDR flexível proposto é de US$ 1,66 m3, o que tem um custo mais baixo em comparação com os atuais sistemas PV-EDR de última geração, 22% e 46% em comparação. aos sistemas PV-EDR tradicionais”, descobriram os cientistas. “O LCOW do RO na rede foi de US$ 1,71 milhão, o que é 3% maior que o LCOW do PV-EDR flexível.”
Suas descobertas foram publicadas em “Eletrodiálise em lote flexível para dessalinização de água salobra de baixo custo movida a energia solar”, Água natural. A equipe incluiu pesquisadores do King's College London, no Reino Unido, e do Helmholtz Erlangen Nuremberg Institute for Renewable Energy Research (HI ERN), na Alemanha.
“O próximo passo é investigar o desempenho a longo prazo e alargar o âmbito da nossa tecnologia PV-EDR para além da dessalinização de salmoura, permitindo assim uma vasta gama de aplicações globais relacionadas com o tratamento de água e resíduos líquidos”. os desafios”, concluiu. .
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