تاثیر غشانانوساختار بر عملکرد مدل های فیزیکی استحصال انرژی از گرادیان شوری در رودخانه اروند

الموضوعات :

سمیه خدادادیان الیکایی ¹ (دانشجوی دکترای فیزیک دریا، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران.)
کامران لاری ² (دانشیار، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران.)
مسعود ترابی آزاد ³ (استاد، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران. *(مسوول مکاتبات))
عبدالرضا ثابت عهد جهرمی ⁴ (استادیار، دانشگاه آزاد اسلامی واحد جهرم، جهرم، ایران.)
افشین محسنی آراسته ⁵ (دانشیاردانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران، ایران)

تاريخ الإرسال : 26 الأربعاء , رمضان, 1443 تاريخ التأكيد : 22 الإثنين , شوال, 1443 تاريخ الإصدار : 29 الثلاثاء , شعبان, 1444

الکلمات المفتاحية: الکترودیالیز معکوس, گرادیان شوری, اروند رود, فشار اسمز تاخیری,

ملخص المقالة :

زمینه و هدف: اهمیت و ضرورت کشف منابع انرژی تجدید پذیر و سرمایه گذاری بر روی روشهای استحصال انرژی الکتریکی یکی از بزرگترین اهداف کشورهای توسعه یافته و در حال توسعه است. توان گرادیان شوری همان استفاده از پتانسیل موجود در اختلاف غلظت میان دو محلول نظیر آب شور دریا و آب شیرین رودخانه یکی از راههای استحصال انرژی الکتریکی است.انرژی الکتریکی حاصل شده از فرایند توان گرادیان شوری میتواند جایگزین خوبی جهت تولید انرژی الکتریکی باشد، که از اهداف این تحقیق است و با موضوع تاثیر غشانانوساختار بر عملکرد مدل های فیزیکی استحصال انرژی از گرادیان شوری در رودخانه اروند مورد بررسی قرار گرفته است.روش بررسی: ابتدا با بررسی منطقه مورد مطالعه و محاسبه انرژی گیبس، مقدار آن منفی شد. پس نشان میدهد که فرایند استحصال انرژی از گرادیان شوری خود به خودی است.یک مدل فیزیکی مبتنی بر روش فشار اسمز تاخیری (PRO)، طراحی وارزیابی شد. مدل فیزیکی طراحی شده با غشاء TFC نانو ساختار است که در آن با استفاده از آب رودخانه و آب دریا در شرایط آزمایشگاهی با غلظت های متفاوت، اختلاف ارتفاع ایجاد کرد.پس از طراحی PRO و دریافت خروجی از مدل فیزیکی، نتایج با مدل فرایند فشار اسمز معکوس(RED ) مقایسه شد.این تحقیق در سال ۲۰۲۰ با استفاده از داده های مورد نیاز از سال ۲۰۱۰ تا۲۰۱۸ انجام شده است.یافته ها: با محاسبه انرژی گیبس درهر دو فرایند فشار اسمز معکوس(RED ) و فشار اسمز تاخیری (PRO) مقدار آن منفی شد .مدل فیزیکی طراحی شده مبتنی بر روش PRO با غشاء TFC نانو ساختار طراحی شد که در آن با استفاده از آب رودخانه ppm10و آب دریا ppm50 در شرایط آزمایشگاهی، بیشترین میزان جریان را ایجاد کرد. مقدار اختلاف پتانسیل ایجاد شده میان دو سر هر سلول در سیستم الکترودیالیز معکوس ، با توجه به نسبت غلظت آب دریا به آب رودخانه برای هر ایستگاه هیدرومتری محاسبه شد و بیشترین مقدار مربوط به ایستگاه خرمشهر مقدار mV80 است. . این مقدار به واسطه ی استفاده از تکنیک نانو بر روی غشاء مورد استفاده در این سیستم و طراحی مناسب سلول بدست آمد که راندمان دستگاه را در مقایسه با غشاهای غیر نانو 11 در صد افزایش داد.بحث و نتیجه گیری: با بررسی و مقایسه این دو روش به این نتیجه میرسیم که با به دست آوردن انرژی گیبس در هر دو فرایند به صورت خود به خودی انجام میپذیرد .هر دو روش ایستگاه خرمشهر بهترین بازدهی را دارد. مزیت RED نسبت به PRO این است انرژی الکتریکی تولید شده در گرادیان شوری پایین تری اتفاق میفتد در صورتی که در فرایند PROاختلاف گرادیان شوری بالاتری مورد نیاز است. با محاسبه پتانسیل تولید انرژی ایستگاه خرمشهر بالاترین بازدهی رادارد . استفاده از غشا نانو ساختار نیز در هر دو روش تاثیر مستقیمی در عملکرد دستگاه داشته است.

المصادر:

1. Pattle, R.E., 1954. "Production of electric power by mixing fresh and salt water in the hydroelectric pile", Nature, Vol. 174, pp.660.


2. Helfer., O. Sahin., C. J. Lemckert ., Y. G. Anissimov, 2013. Salinity gradient energy: a new source of renewable energy in Australia.


3. sabetahdjahromi, a, 2014, Study of salinity gradients in the Persian Gulf and an experimental model for electric energy extraction from them using nano-membranes,Faculty of Marine Science and Technologies-Department of Physical Oceanography.


4. Arash Emdadi a, Petros Gikas b, Maria Farazaki b, YunusEmami,2016, Salinity gradient energy potential at the hyper saline Urmia Lake e ZarrinehRud River system in Iran, Renewable Energy 86,154e162.


5. Y, Ngai., B, Doriano ., H, V. M, Hamelers., Kitty ,B ,2016. Salinity Gradients for Sustainable Energy: Primer, Progress, and Prospects.


6. Ngai Yin Yip, Doriano Brogioli, Hubertus V. M. Hamelers, and Kitty Nijmeijer," Salinity Gradients for Sustainable Energy: Primer, Progress, and Prospects ", Environ. Sci. Technol. 2016, 50, 22


7. Li-Fen Liu 1, 2, *, Xing-Ling Gu 1, Sa-Ren Qi 3, XinXie 1, Rui-Han Li 1, Ke Li 4, Chun-Yang Yu 4 and Cong-JieGao, 2018, Modification of Polyamide-Urethane (PAUt) Thin Film Composite Membrane for Improving the Reverse Osmosis Performance, polymers.


8. Khodadadian Elikaiy, K. Lari, M. Torabi Azad, A. Sabetahd Jahromi & A. Mohseni Arasteh, 2020 “Investigation and evaluation of salinity gradient power in Arvand River estuary using pressure retarded osmosis (PRO) method”, International Journal of Environmental Science and Technology volume 18, pages463–470 (2021)


9. Zemansky, M. W., Dittman, R., 1981. “Heat and Thermodynamics”, sixth edition, Mc Graw-Hill, pp. 233-267.


10. Ying Mei, Chuyang Y. Tang,2018,” Recent developments and future perspectives of reverse electrodialysis technology: A review”, Desalination,425(2018)156-174.


11. Helfera, 2014 “Osmotic power with Pressure Retarded Osmosis: Theory, performance and trends– A review” Journal of Membrane Science,Volume 453, 1 March 2014, Pages 337-35.


12. Aamer Ali 1, Enrico Drioli 1,2,3 and Francesca Macedonio, 2018, “Progress and prospects in reverse electrodialysis for salinity gradient energy conversion and storage”, Published 1 September 2018, Engineerin , Applied Energy.


13. Han, Sui Zhang, Xue Li, Tai-Shung Chung, Progress in pressure retarded osmosis (PRO) membranes for osmotic power generation, (2015), Progress in Polymer Science July


14. Sabetahd Jahromi AR (2014) Study of salinity gradients in the Persian Gulf and an experimental model for electric energy extraction from them using nano-membranes (Doctoral dissertation, Islamic Azad University, Science and Research Branch, Tehran).


15. Ramato et al, “Progress and prospects in reverse electrodialysis for salinity gradient energy conversion and storage”, Applied Energy, Volume 225, 1 September 2018, Pages 290-331


16. Amir Etemad-Shahidi,1 * Mostafa Pirnia,2 Hengameh Moshfeghi2 and Charles Lemckert1," Investigation of hydraulics transport time scales within the Arvand River estuary, Iran ", HYDROLOGICAL PROCESSES Hydrol. Process. 28, 6006–6015 (2014) Published online 15 November 2013 in Wiley Online Library (wileyonlinelibrary.com) DOI: 10.1002/hyp.10095


17. Ostovar, Niko, 2016, "Laboratory model of reducing the salinity of the Caspian Sea water using a magnetic field" Master Thesis of Islamic Azad University, North Tehran Branch. (In Persian)


18. Ngai Yin Yip, Doriano Brogioli, Hubertus V. M. Hamelers, and Kitty Nijmeijer


19. Salinity Gradients for Sustainable Energy: Primer, Progress, and Prospects, Environ. Sci. Technol. 2016, 50, 22.