Processo di concentrazione di una soluzione acqua-etanolo attraverso membrane biomimetiche: sviluppo di un modello computazionale = Concentration process of a water-ethanol solution through biomimetic membranes: development of a computational model

Questo progetto di tesi nasce dalla collaborazione con Aquaporin A/S, azienda che studia le potenzialità delle Biomimetic Forward Osmosis Membranes (BFOM): membrane a fibra cava funzionalizzate con particolari proteine, denominate acquaporine, per favorire il passaggio dell’acqua attraverso la membrana stessa. Negli ultimi anni questa tecnologia non è stata solamente applicata alle comuni pratiche della Forward Osmosis (FO), ma sta trovando sviluppo nel campo Food and Beverage. Focalizzandosi sull’ambito alimentare, infatti, vi sono molti alimenti a base acquosa che vengono concentrati per ridurre i costi di stoccaggio, imballaggio e trasporto. Questi alimenti a base acquosa solitamente hanno una composizione tale per cui sono costituiti in larga parte da acqua e da un altro composto. Un esempio in tal senso possono essere il vino e la birra, i quali sono costituiti per l’80-85 % da acqua e da una frazione in volume variabile di etanolo (tra il 5% e il 15%). Questo progetto di tesi si concentra sulla simulazione attraverso la Fluidodinamica Computazionale del processo di concentrazione di una soluzione acqua-etanolo, denominata feed solution, all’interno di una fibra di un modulo Aquaporin A/S per la Forward Osmosis, sfruttando la pressione osmotica generata da una soluzione acqua-cloruro di sodio (draw solution). Lo studio ha analizzato due diverse concentrazioni per la feed solution e altrettante per la draw solution: per la prima 5% e 10 % in volume di etanolo, mentre per la seconda 12% e 24% in peso di cloruro di sodio. L’obiettivo principale è stato quello di comprendere quali siano i modelli matematici più adatti alla descrizione del sistema, sia per quanto riguarda i flussi transmembrana dell’acqua e dei soluti sia per la pressione osmotica dell’etanolo e del cloruro di sodio. Questa valutazione è stata fatta tramite un confronto con i dati sperimentali ottenuti da Aquaporin A/S. Un ulteriore aspetto analizzato è legato alla comprensione di quali parametri influiscono maggiormente sul processo, al fine di migliorarne le prestazioni.