Advancing sustainability in the water-energy nexus : optimization of reverse electrodialysis energy recovery from salinity gradients

Abstract

La energía del gradiente salino (EGS) es una fuente renovable abundante ampliamente desaprovechada para complementar y diversificar el mix energético actual, intensivo en emisiones y uso de agua, y apoyar la sostenibilidad y circularidad del, intensivo en energía, sector del agua. Esta tesis doctoral propone un marco metodológico para avanzar en el diseño óptimo en costes y medioambientalmente sostenible del proceso electrodiálisis reversa (EDR) en la recuperación de EGS de corrientes residuales del sector del agua. Este marco integra un modelo matemático del dispositivo EDR validado experimentalmente, una caracterización medioambiental mediante análisis de ciclo de vida, y un modelo de programación disyuntivo generalizado para la optimización de sistemas EDR a gran escala implementados en plantas desaladoras o estaciones depuradoras de aguas residuales. La herramienta de diseño propuesta puede ser de interés en del proceso de toma de decisiones que apoye la promoción y despliegue comercial de la EDR.

Salinity gradient energy (SGE) is a vast yet largely untapped renewable source for complementing and diversifying the current carbon- and water-intensive energy mix and supporting the sustainability and circularity of the energy-intensive water sector. This doctoral thesis proposes a methodological framework for advancing the cost-optimal and environmentally sustainable design of reverse electrodialysis (RED) process for SGE recovery from waste streams in the water sector. This framework combines an experimentally validated mathematical model of the RED device, an environmental characterization through life cycle assessment, and a generalized disjunctive programming model to optimize large-scale RED systems deployed in desalination plants or wastewater treatment plants. The proposed design tool may be of interest in the decision-making process that supports the promotion and commercial deployment of RED technology.