Πρόγραμμα SolMeD
Το ερευνητικό Έργο “Desalination by Solar Powered Membrane Distillation: Material and Process Optimization” (SolMeD) υλοποιείται στα πλαίσια της Δράσης ΑΡΙΣΤΕΙΑ ΙΙ του Επιχειρησιακού Προγράμματος “Εκπαίδευση & διά Βίου Μάθηση” του ΕΣΠΑ 2007-2013, που συγχρηματοδοτείται από το Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο (ΕΚΤ) και από Εθνικούς Πόρους. Σκοπός του Έργου είναι η επεξεργασία ολοκληρωμένων, τεχνολογικά άρτιων και ενεργειακά αποτελεσματικών λύσεων στο πρόβλημα της αφαλάτωσης με χρήση της τεχνολογίας MD και ενεργειακή υποστήριξη από θερμική ηλιακή πηγή. Στους ειδικότερους στόχους της έρευνας περιλαμβάνονται:
- Η επίτευξη της βελτιωμένης παραγωγικότητας των συστημάτων MD μέσω της διεύρυνσης του θερμοκρασιακού εύρους λειτουργίας σε υψηλότερες θερμοκρασίες (κοντά στους 100 oC).
- Η μείωση των ενεργειακών απαιτήσεων της διεργασίας μέσω της ανάπτυξης μεμβρανών που χαρακτηρίζονται από υψηλή διαπερατότητα ατμών σε σχετικά μικρές διαφορές πίεσης, αξιοποιώντας τις τελευταίες εξελίξεις στον τομέα των υλικών.
- Η θερμο-υδραυλική βελτιστοποίηση της συνολικής διεργασίας, κυρίως όσον αφορά την ενσωμάτωση των μεμβρανών στο σύστημα, τον τρόπο διασύνδεσης με τη θερμική ηλιακή πηγή, την ανάκτηση θερμότητας από την άλμη και την επεξεργασία αποτελεσματικών στρατηγικών ελέγχου της εγκατάστασης.
- Ανακοινώσεις
Δημοσιεύσεις
Ερευνητικής
Ομάδας
Ειδικές
Δημοσιεύσεις
Ανακοινώσεις
- Ημερίδες
Παρασκευή, 20 Νοεμβρίου 2015
ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» - Αμφιθέατρο Ινστιτούτου Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας
Πρόσκληση στην Ημερίδα παρουσίασης Έργου ΑΡΙΣΤΕΙΑ ΙΙ: «Αφαλάτωση με ηλιακά υποβοηθούμενη απόσταξη με μεμβράνες: Βελτιστοποίηση υλικών και διεργασίας (SolMeD)»
Δημοσιεύσεις Ερευνητικής Ομάδας
- Curcio E., Drioli E., Membrane distillation and related operations - a review, Sep. Purif. Rev. 34 (1) (2005) 35–86.
- Abdullah Alkhudhiri, Naif Darwish, Nidal Hilal, Membrane distillation: A comprehensive review, Desalination 287 (2012) 2–18.
- Lawson K., Lloyd D., Review membrane distillation, J. Membr. Sci. 124 (1997) 1.
- Jonsson A.S., Wimmerstedt R., and Harrysson A. C., Membrane distillation- A theoretical study of evaporation through microporous membranes, Desalination 56 (1985) 237.
- El-Dessouky H.T and Ettouney H.M., Fundamentals of Salt Water Desalination, Elsevier, Amsterdam., 2002.
- Lior N, and , Alklaibi Abdulaziz, A Study of the State of the Art, Commercial Potential, and Prospects for Advancement of Desalination by Membrane Distillation, The Middle East Desalination Research Center, 2004.
- Summers E.K., Arafat H. A., Lienhard J. H., Energy efficiency comparison of single-stage membrane distillation (MD) desalination cycles in different configurations, Desalination 290 (2012) 54–66.
- Meindersma G.W., Guijt C.M., De Haan A.B., Desalination and water recycling by air gap membrane distillation, in: S.J. Khan, A.I. Schäfer, M.H. Muston (Eds.), Integrated Concepts in Water Recycling (2005), ISBN: 1 74128 082 6, 2006.
- Banat F., Jwaied N., Rommel M., Koschikowski J., Wieghaus M., Desalination by a “compact SMADES” autonomous solar-powered membrane distillation unit, Desalination 217 (2007) 29–37.
- Koschikowski J., Wieghaus M., Rommel M., Solar thermal-driven desalination plants based on membrane distillation Joachim, Desalination 156 (2003) 295-304.
- Hanemaaijer J.H., Medevoort J., Jansen A.E., Dotremont C., Sonsbeek E., Yuan T., De Ryck L., Memstill membrane distillation — a future desalination technology, Desalination 199 (2006) 175–176.
- Tarnacki K., Meneses M., Melin T., Medevoort J., Jansen A., Environmental assessment of desalination processes: Reverse osmosis and Memstill, Desalination (2012), doi:10.1016/j.desal.2012.04.009.
- Gemma R , Schwantes R. , Subiela J., Peñate B., Melián G., Betancort J. R., Operational experience of a solar membrane distillation demonstration plant in Pozo Izquierdo-Gran Canaria (Spain), Desalination 290 (2012) 1-13.
- Koschikowskia J., Wieghausa M., Rommela M., Subiela Ortinb V., Penate B., Betancort J. R., Experimental investigations on solar driven stand-alone membrane distillation systems for remote areas, Desalination 248 (2009) 125–131.
- Lior N, and , Alklaibi Abdulaziz, Membrane-distillation desalination: Status and potential Original Research Article, Desalination, 171(2), 2005, Pages 111-131.
- Laganà F., Barbieri G., Drioli E., Direct contact membrane distillation: modelling and concentration experiments, J. Membr. Sci. 166 (1) (2000) 1–11.
- El-Bourawi M.S. et al., A framework for better understanding membrane distillation separation process, J. Membr. Sci. 285 (1–2) (2006) 4–29.
- Phattaranawik J., Jiraratananon R., Fane A.G., Heat transport and membrane distillation coefficients in direct contact membrane distillation, J. Membr. Sci. 212, (1–2) (2003) 177–193.
- Khayet M. et al., Design of novel direct contact membrane distillation membranes, Desalination 192 (1–3) (2006) 105–111.
- Fath H.E., Elsherbiny S.M., Hassan A.A., Rommel M., Wieghaus M., Koschikowski J., Vatansever M., PV and thermally driven small-scale, stand-alone solar desalination systems with very low maintenance needs, Desalination 225 (2008) 58–69.
- Duméea et all., Characterization and evaluation of carbon nanotube Bucky-Paper membranes for direct contact membrane distillation, Journal of Membrane Science 351 (2010) 36–43.
- Jason K. Holt et al., Fast Mass Transport Through Sub–2-Nanometer Carbon Nanotubes, Science, 312 (2006) 1034-1037.
- Bruce J. Hinds et al., Aligned Multiwalled Carbon Nanotube Membranes, Science, 303 (2004) 62-65.
- Z. K. Tang, H. D. Sun, J. Wang, J. Chen, G. Li, Applied Physics Letters 1998, Mono-sized single-wall carbon nanotubes formed in channels of AlPO4-5 single crystal, 73, 2287.
Ειδικές Δημοσιεύσεις
- Mathioulakis E., Delyannis E., Belessiotis V., Desalination by using alternative energy: Review and Sate-of-the-art, Desalination, Vol. 203, 346-365, 2007.
- Delyannis, E., Belessiotis, V., Desalination: The recent development path, Desalination, 264 (3), 206-213, 2010.
- Pilatos G., Vermisoglou E. C., Romanos G. E., Karanikolos G. N., et al., A Closer Look Inside Nanotubes: Pore Structure Evaluation of Anodized Alumina Templated Carbon Nanotube Membranes Through Adsorption and Permeability Studies Adv. Funct. Mater. 2010, 20, 2500–2510
- George E. Romanos et al., Controlling and Quantifying Oxygen Functionalities on Hydrothermally and Thermally Treated Single-Wall Carbon Nanotubes, J. Phys. Chem. C 2011, 115, 8534–8546.
- Ch.M. Veziri, G.N. Karanikolos et al., Growth and morphology manipulation of carbon nanostructures on porous supports, Carbon 47 (2009) 2161 –2173
- E.P. Favvas, E.P. Kouvelos, G.E. Romanos, et al. Characterization of highly selective microporous carbon hollow fiber membranes prepared from a commercial co-polyimide precursor, J. Porous Mater. 15 (2008) 625–633.
- C. M. Veziri, M. Palomino, G. N. Karanikolos, A. Corma, N. K. Kanellopoulos, M. Tsapatsis, Toward Submicrometer c-Oriented Nanoporous Films with Unidimensional Pore Network: AFI Film Morphology Control by Precursor Mixture Manipulation, Chemistry of Materials 2010, 22, 1492.
- Ερευνητική Ομάδα
Διερεύνηση νέων ή/και
υπαρχόντων τύπων μεμβρανών
Θερμουδραυλική
Βελτιστοποίηση
Διεργασίας
Ερευνητική Ομάδα
Το Έργο SolMed υλοποιείται από μία διεπιστημονική ομάδα ερευνητών του ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» από το Εργαστήριο Ηλιακών & άλλων Ενεργειακών Συστημάτων (ΕΗ-ΕΣ/ΙΠΡΕΤΕΑ) και από το Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας (ΙΝΝ).
- Μαθιουλάκης Μ.
Ερευνητής Α’ (ΕΗ-ΕΣ/ΙΠΡΕΤΕΑ),
Επιστ. Υπεύθ. του Έργου - Μπελεσιώτης Β.
Ερευνητής Α’ (ΕΗ-ΕΣ/ΙΠΡΕΤΕΑ) - Παπανικολάου Η.
Ερευνητής Α’ (ΕΗ-ΕΣ/ΙΠΡΕΤΕΑ) - Ρωμανός Γ.
Ερευνητής Β’ (ΙΝΝ) - Φαλάρας Π.
Ερευνητής Α’ (ΙΝΝ) - Λυκοδήμος Β.
Μέλος ΔΕΠ (ΕΚΠΑ), συνεργαζόμενος - Μπούτικος Π.
Μεταδιδακτορικός Ερευνητής (ΕΗ-ΕΣ/ΙΠΡΕΤΕΑ) - Βεζύρη Χ.
Μεταδιδακτορική Ερευνήτρια (ΙΝΝ) - Σιρανίδη Ε.
Μεταδιδακτορική Ερευνήτρια (ΙΝΝ) - Κούβελος Ε.
ΙΔΑΧ (ΙΝΝ) - Mohamed Essam
Τεχν. Υποστήριξη (ΕΗ-ΕΣ/ΙΠΡΕΤΕΑ)
Διερεύνηση νέων ή/και υπαρχόντων τύπων μεμβρανών
Διερεύνηση νέων ή/και τροποποίηση υπαρχόντων τύπων μεμβρανών, αξιοποιώντας τις πλέον πρόσφατες εξελίξεις στο τομέα των υλικών, και ειδικότερα όσον αφορά τους νανοσωλήνες άνθρακα (Carbon nanotube bucky papers) και τις κοίλες ίνες από πολυμερή. Η έμφαση θα δοθεί στον υδρόφοβο χαρακτήρα των μεμβρανών, στο μικρό τους πάχος, στην αντόχή τους στην θερμοκρασιακή καταπόνηση και στην ελαχιστοποίηση των φαινομένων ρύπανσης (fouling). Την υπευθυνότητα για τις σχετικές ερευνητικές δραστηριότητες έχει αναλάβει ομάδα ερευνητών από το Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας (INN) του ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» με μεγάλη εμπειρία σε θέματα τεχνολογίας και χαρακτηρισμού μεμβρανών (www.inn.demokritos.gr/).
Θερμουδραυλική Βελτιστοποίηση Διεργασίας
Βελτιστοποίηση της διεργασίας αφαλάτωσης με MD σε επίπεδο ολοκληρωμένου συστήματος, με την έμφαση να δίδεται στον τρόπο ενσωμάτωσης των μεμβρανών, στην θερμο-υδραυλική βελτιστοποίηση των επιμέρους υποσυστημάτων (κύκλωμα θέρμανσης, κύκλωμα ψύξης, ανκυκλοφορία άλμης και ανάκτηση απεσταγμένου νερού), στην μεγιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης μέσω της αξιοποίησης της ανακτώμενης θερμότητας και στην αποτελεσματικότερη αξιοποίηση της θερμικής ηλιακής ενέργειας. Στόχος είναι η ανάπτυξη, κατασκευή και παραμετρική διερεύνηση της λειτουργίας πιλοτικής μονάδας αφαλάτωσης στην οποία θα ενσωματωθούν στοιχεία μεμβρανών που θα αναπτυχθούν στα πλαίσια του έργου, καθώς και η μοντελοποίηση της όλης διεργασίας. Τις σχετικές δραστηριότητες έχει αναλάβει ερευνητική ομάδα από το Εργαστήριο Ηλιακών & άλλων Ενεργειακών Συστημάτων του Ινστιτούτου Πυρηνικών και Ραδιολογικών Επιστημών και Τεχνολογίας, Ενέργειας και Ασφάλειας του ΕΚΕΦΕ «ΔΗΜΟΚΡΙΤΟΣ» (ΕΗ-ΕΣ/ΙΠΡΕΤΕΑ), με μεγάλη εμπειρία σε θάματα αφαλάτωσης και αξιοποίησης της θερμικής ηλιακής ενέργειας (www.solar.demokritos.gr).
- Ιστορική Αναδρομή
- Περιγραφή
Διαμορφώσεις
Συστημάτων
MD
Ιστορική Αναδρομή
Η αρχή της απόσταξης με μεμβράνες (Membrane Distillation, MD) είναι η πλέον πρόσφατη σε εμφάνιση διεργασία αφαλάτωσης με χρήση θερμικής ενέργειας. Πρωτοεμφανίστηκε στα τέλη της δεκαετίας του ’60, αλλά το υψηλό κόστος και διάφορα προβλήματα καταλληλότητας εμπόδισαν αρχικά την ανάπτυξη εμπορικών προϊόντων, παρά το δεδομένο ενδιαφέρον για χρήση στην αφαλάτωση. Η ίδια διεργασία χρησιμοποιήθηκε στο παρελθόν και χρησιμοποιείται ακόμα σε άλλες εφαρμογές που σχετίζονται με αφαίρεση νερού από οργανικούς διαλύτες, αφύγρανση αλκοόλης και γενικότερα διαχωρισμό ουσιών από διαλύματα.
Περιγραφή
Η κινητήρια δύναμη της MD είναι η θερμοκρασιακή διαφορά ανάμεσα σε ένα διάλυμα τροφοδοσίας, το οποίο έρχεται σε επαφή με τη μια επιφάνεια μιας κατάλληλα επιλεγμένης μεμβράνης, και το χώρο που βρίσκεται στην άλλη πλευρά της ίδιας μεμβράνης, αποκαλούμενο και κανάλι συμπύκνωσης (σχήμα 1). Η θερμοκρασιακή αυτή διαφορά έχει ως αποτέλεσμα μια διαφορά πίεσης ατμών και, κατά συνέπεια, τη μεταφορά του παραγόμενου ατμού διαμέσου της μεμβράνης στην άλλη της πλευρά όπου και συμπυκνώνεται στην επιφάνεια συμύκνωσης. Είναι ευνόητο ότι η όλη διεργασία βασίζεται στη χρήση υγρόφοβων μεμβρανών, μη διαπερατών από το υγρό και τα τυχόν διαλυμένα σωματίδια, αλλά διαπερατών από τους ατμούς. Οι βασικές απαιτήσεις για τη μεμβράνη συνοψίζονται επομένως στην αμελητέα διαπερατότητα τους στην υγρή φάση, στην υψηλή διαπερατότητα στην αέρια φάση, στη χαμηλή θερμική αγωγιμότητα, στο επαρκές (αλλά όχι υπερβολικό πάχος), στη μακρόχρονη αντοχή στην επαφή με το θαλασσινό νερό, στη χαμηλή υδατο-απορροφητικότητα και στο επαρκές πορώδες (περίπου 70-80%).
Η διεργασία MD ειδικότερα πραγματοποιείται σε ατμοσφαιρική πίεση και σε θερμοκρασία όχι μεγαλύτερη από 80°C, με μόνη ενεργειακή απαίτηση την τροφοδοσία σε θερμότητα. Παρά το ότι υπάρχουν πολλές εναλλακτικές διευθετήσεις, οι χρησιμοποιούμενες εγκαταστάσεις έχουν τη γενική μορφή του σχήματος 2.
Το θερμό αλμυρό διάλυμα ρέει σε απευθείας επαφή με μια υγρόφοβη πορώδη μεμβράνη, ενώ μια ψυχρή ροή διαβρέχει την άλλη πλευρά της. Η διαφορά θερμοκρασίας είναι η αιτία της διαφοράς της πίεσης ατμών ανάμεσα στις δύο πλευρές, με αποτέλεσμα την μετακίνηση ατμών από τη θερμή στην ψυχρή πλευρά και την συμπύκνωση τους στην ψυχρή επιφάνεια.
Διαμορφώσεις Συστημάτων MD
Τα συστήματα MD μπορούν να καταταγούν σε 4 κατηγορίες, ανάλογα με τη διαμόρφωση της ψυχρής πλευράς:
- Απευθείας επαφής (direct contact membrane distillation - DCMD), στα οποία η μεμβράνη είναι σε επαφή μόνο με την υγρή φάση του αλμυρού και του φρέσκου νερού
- Συστήματα κενού (vacuum membrane distillation - VMD), στα οποία ο ατμός αντλείται διαμέσου της μεμβράνης
- Διάκενου αέρα (air gap membrane distillation - AGMD), στα οποία υφίσταται στρώμα αέρα μεταξύ μεμβράνης και επιφάνειας συμπύκνωσης
- Συστήματα διαχωρισμού (sweeping gas membrane distillation - SGMD), στα οποία χρησιμοποιείται αέριο διαχωρισμού ως φορέας του παραγόμενου ατμού.
Τα συστήματα AGMD και DCMD δεν απαιτούν την παρουσία διακριτού συμπυκνωτή και ταιριάζουν καλύτερα στην αφαίρεση νερού, ενώ τα SGMD και VMD χρησιμοποιούνται συνήθως για αφαίρεση πτητικών οργανικών ουσιών από υδατικά διαλύματα.
Επικοινωνήστε μαζί μας
Η Τοποθεσία μας
Εργαστήριο Ηλιακών & άλλων Ενεργειακών Συστημάτων
Επ. Υπευθυνος | Μανώλης Μαθιουλάκης Ερευνητής Α’
solar.demokritos.gr | math@ipta.demokritos.gr
