İnce Film Kompozit Membranlar ile Basınç Geciktirmeli Ozmos (PRO) Prosesi Kullanılarak Sürdürülebilir Enerji Üretimi

Abstract

Fosil yakıtlara bağımlılığın azalması için alternatif yenilenebilir ve temiz enerji kaynaklarının_x000D_ bulunmasına yönelik araştırmalar gün geçtikçe artmakta ve önem kazanmaktadır. Son_x000D_ yıllarda oldukça ilgi çeken “tuzluluk gradyanı esaslı ozmotik enerji” veya “mavi enerji” olarak_x000D_ da bilinen enerji kaynağı, artan enerji ihtiyacını karşılamada farklı bir yenilenebilir kaynak_x000D_ olarak ortaya çıkmıştır. Ülkemizdeki tuzluluk gradyanı esaslı enerji potansiyelinin_x000D_ değerlendirilmesine yönelik ilk çalışma niteliğine olan bu projede öncelikle Devlet Su_x000D_ İşlerinden (DSİ) elde edilen nehir debi ve tuzluluk değerleri esas alınarak teorik enerji_x000D_ potansiyeli hesaplamaları gerçekleştirilmiştir. Teorik hesaplamalar tamamlandıktan sonra,_x000D_ enerji potansiyelinin deneysel olarak belirlenmesi için sentetik ve gerçek su örnekleri_x000D_ kullanılarak basınç geciktirmeli ozmos (PRO) prosesinde deneysel çalışmalar_x000D_ gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla dört farklı (BW30-LE, SW30-HR, AG, AC) ticari ince film_x000D_ kompozit (TFC) ters osmos membran 3-(3,4-Dihydroxyphenyl)-L-alanine (L-DOPA) ve LDOPA ile birlikte nanomalzemeler (MWCNT, TiO2, SiO2, Al2O3) kullanılarak modifiye edilmiş_x000D_ ve PRO sisteminde işletilerek enerji üretim performansı lab-ölçekli deneyler ile belirlenmiştir._x000D_ TFC yapıdaki RO membranların modifikasyonu sonrası aktif yüzeylerinde meydana gelen_x000D_ yapısal değişiklerin belirlenmesinde SEM, FTIR, temas açısı, ve AFM analizleri_x000D_ gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçları ışığında L-DOPA ile birlikte %1wt TiO2 nanomalzeme ile_x000D_ modifiye edilmiş BW30-LEmembranı 1,61 W/ m2 en yüksek PRO güç üretim potansiyelini_x000D_ göstermiştir. Gerçek su örnekleri ile gerçekleştirilen PRO deneylerinde Akdeniz, Karadeniz,_x000D_ Marmara ve Ege Denizlerinden deniz suyu ve bu denizlere dökülen Seyhan, Ceyhan, Büyük_x000D_ Menderes, Gediz, Susurluk, Kızılırmak ve Yeşilırmak nehirlerinin karıştığı noktalardan_x000D_ örnekler alınarak ülkemizde tuzluluk gradyanı esaslı bu enerjiye ilişkin potansiyel_x000D_ belirlenmiştir. Geçek su numunelerinde en yüksek enerji üretim performansı 56,8 mS/cm_x000D_ iletkenliğe sahip Akdeniz ile 586 µS/cm iletkenliğe sahip Ceyhan ve Seyhan nehrinin PRO_x000D_ prosesi uygulamasından 5 ve 10 barda sırasıyla 0,47 ve 0,68 W/m2 olarak bulunmuştur.

In order to decrease dependence on fossil fuels, researches on finding alternative renewable_x000D_ and clean energy sources have been increasing and gaining importance. In recent years, the_x000D_ energy source, also known as “salinity gradient based osmotic energy” or “blue energy”_x000D_ which attracts quite attention, has emerged as a alternative renewable resource in meeting_x000D_ the increasing energy need. In this project, which is the first study to evaluate the salinity_x000D_ gradient based energy potential in our country, primarily theoretical energy potential_x000D_ calculations have been made by taking the river flow and salinity values obtained from State_x000D_ Hydraulic Works (DSI). After the theoretical calculations were completed, experimental_x000D_ studies were carried out in the PRO process using synthetic and real water samples to_x000D_ determine the experimentally energy potential. For this purpose, four different (BW30-LE,_x000D_ SW30-HR, AG, AC) commercial thin film composite (TFC) reverse osmosis membranes have_x000D_ been modified using nanomaterials with 3-(3,4-Dihydroxyphenyl)-L-alanine (L-DOPA) and LDOPA (MWCNT, TiO2, SiO2, Al2O3) and energy production by the pressure retarded osmosis_x000D_ (PRO) system performance was determined by lab-scale experiments. SEM, FTIR, contact_x000D_ angle, and AFM analyzes were performed to determine the structural changes in active_x000D_ surfaces after modification of RO membranes in TFC character. According to the test results,_x000D_ BW30-LE membrane modified with 1% wt TiO2 nanomaterial with L-DOPA showed the_x000D_ highest PRO power generation potential of 1.61 W/m2_x000D_ . In the PRO experiments carried out_x000D_ with real water samples collected from the Mediterranean, Black Sea, Marmara and Aegean_x000D_ Seas and the rivers poured into these seas, Seyhan, Ceyhan, Büyük Menderes, Gediz,_x000D_ Susurluk, Kızılırmak and Yeşilırmak rivers, the potential for this energy based on salinity_x000D_ gradient was determined. The highest energy production performances were observed as_x000D_ 0.47 and 0.68W/m2 in 5 and 10 bar, respectively, from application of PRO process of Ceyhan_x000D_ ans Seyhan river having 586 µS/cm conductivity and Mediterranean, having 56.8 mS/cm_x000D_ conductivity.