OM DESOLINATION

Kontekst

Vand er grundlæggende for menneskeheden. Men ifølge FN’s World Assessment Programme (UNESCO, Paris 2015) vil omkring 40% af befolkningen opleve vandknaphed inden 2030.

Det skyldes hovedsageligt, at kun 3% af de globale vandreserver er tilgængelige som ferskvand, mens havvand står for den resterende procentdel.

Med dette i tankerne er det klart, at afsaltning kan spille en nøglerolle i betragtning af den store mængde saltvand på Jorden.

Vedvarende energi er nøglen til at opnå en nul-kulstoføkonomi og standse klimaforandringerne. I 2019 stod solenergi for omkring 11% af verdens samlede produktion af vedvarende energi, og dens elproduktionskapacitet er steget med 16% siden 2020 på trods af COVID-19-pandemien.

Disse resultater er lovende, men vi er nødt til at gøre mere.

For at nå EU’s mål skal solenergiproduktion og andre vedvarende energiteknologier blive mere effektive og billigere.

Vores mål

Se videoen, der præsenterer vores projekt ↓

Selvom man har studeret brugen af varme til afsaltning i århundreder, har den seneste teknologiudvikling understreget det største problem: konkurrenceevnen.

DESOLINATION vil tackle dette problem ved at udvikle en innovativ proces, der kobler Concentrated Solar Power (eller CSP) og fremadrettet osmose afsaltningsteknologier til en kombineret produktion af vedvarende elektricitet og ferskvand.

De innovative løsninger vil blive demonstreret under virkelige forhold i Riyadh, Saudi-Arabien, først på et eksisterende system og dernæst på et næste generations system.

For at opnå dette vil vores team bruge fremadrettet osmose (osmotisk tryk) til at inducere en strøm af havvand mod en trækopløsning. På sin vej passerer vandet gennem en membran, der kun lader ferskvand passere, men blokerer for salt. Ved hjælp af spildvarme fra det koncentrerende solkraftværk opvarmes den fortyndede opløsning, indtil ferskvandet kan genvindes gennem en anden membran.

Forventede virkninger

Optimering af koblingen mellem CSP og afsaltningsprocessen

DESOLINATION vil fokusere på at optimere CSP’s genvinding af spildvarme for at drive metoden til genvinding af trækopløsningen.

Ved hjælp af input fra WP2 (optimering af termisk CSP-cyklus til afsaltning) og 3 (optimeret afsaltning ved hjælp af CSP-varme) vil forhindringerne for integrationen af både sol- og afsaltningssystemerne blive diskuteret i WP4, hvor der vil blive udført modellerings- og optimeringsstudier af den integrerede proces.

Integrationsplanen vil sikre, at de uafhængige højtydende cyklusser kan kombineres effektivt for at opnå en høj produktion af rent vand og elektricitet.

Udvikling af ny superkritisk CO2-kraftcyklus til afsaltningsformål

Under DESOLINATION-projektet vil der blive udviklet innovative CO2-blandinger for at optimere effektiviteten af kraftcyklussen og tilpasse de nødvendige parametre for temperatur og tryk i kraftcyklussens turbomaskineri.

Specifikke varmevekslere vil også blive designet til at passe til de særlige materialer, temperatur- og trykkrav i cyklussen.

Ved hjælp af den viden om sCO2, der er indsamlet fra tidligere H2020-projekter, vil de forskellige komponenter først blive modelleret uafhængigt og testet i laboratorieskala.

Den resulterende metodologi vil give optimeringsstrategier til at demonstrere både den højere effektivitet af sCO2-kraftcyklussen og den effektive kobling af kraftcyklussen til afsaltningssystemet.

Udvikling af et komplet kontrolsystem til det koblede CSP+D-anlæg

Kontrolsystemer er vigtige aspekter af elproduktionsanlæg og endnu vigtigere for integrerede systemer som DESOLINATIONs endelige demonstrator.

Den digitale tvilling af det koblede CSP+D-anlæg, der er udviklet i DESOLINATION, vil sikre, at integrationsplanen er i overensstemmelse med det endelige distribuerede kontrolsystem.

Mens CSP- og afsaltningssystemerne først udvikles uafhængigt af hinanden, er integrationsplanen nøglen til at opnå en effektiv kombination af det endelige anlæg.

Det distribuerede kontrolsystem (DCS) vil levere en kontrolmekanisme i realtid til effektiv drift og overvågning af det samlede anlæg.

Baseret på en flerlags kontrolstrategi, der integrerer hver komponents individuelle kontrol og en optimal driftsstrategi, vil DESOLINATION DCS-systemet styre det komplette system og være tilpasset til de eksisterende og næste generations kraftcyklusser samt til afsaltningsanlægget.

De tests, der udføres på demonstratorerne i KSU, vil validere, at kontrolsystemets metodologi er pålidelig.

Udvikling af et komplet kontrolsystem til det koblede CSP+D-anlæg

Kontrolsystemer er vigtige aspekter af elproduktionsanlæg og endnu vigtigere for integrerede systemer som DESOLINATIONs endelige demonstrator. Den digitale tvilling af det koblede CSP+D-anlæg, der er udviklet i DESOLINATION, vil sikre, at integrationsplanen er i overensstemmelse med det endelige distribuerede kontrolsystem. Mens CSP- og afsaltningssystemerne først udvikles uafhængigt af hinanden, er integrationsplanen nøglen til at opnå en effektiv kombination af det endelige anlæg. Det distribuerede kontrolsystem (DCS) vil levere en kontrolmekanisme i realtid til effektiv drift og overvågning af det samlede anlæg. Baseret på en flerlags kontrolstrategi, der integrerer hver komponents individuelle kontrol og en optimal driftsstrategi, vil DESOLINATION DCS-systemet styre det komplette system og være tilpasset til de eksisterende og næste generations kraftcyklusser samt til afsaltningsanlægget.

De tests, der udføres på demonstratorerne i KSU, vil validere, at kontrolsystemets metodologi er pålidelig.

Udvikling af ny superkritisk CO2-kraftcyklus til afsaltningsformål

Under DESOLINATION-projektet vil der blive udviklet innovative CO2-blandinger for at optimere effektiviteten af kraftcyklussen og tilpasse de nødvendige parametre for temperatur og tryk i kraftcyklussens turbomaskineri. Specifikke varmevekslere vil også blive designet til at passe til de særlige materialer, temperatur- og trykkrav i cyklussen. Ved hjælp af den viden om sCO2, der er indsamlet fra tidligere H2020-projekter, vil de forskellige komponenter først blive modelleret uafhængigt og testet i laboratorieskala. Den resulterende metodologi vil give optimeringsstrategier til at demonstrere både den højere effektivitet af sCO2-kraftcyklussen og den effektive kobling af kraftcyklussen til afsaltningssystemet.

Optimering af koblingen mellem CSP og afsaltningsprocessen

DESOLINATION vil fokusere på at optimere CSP’s genvinding af spildvarme for at drive metoden til genvinding af trækopløsningen. Ved hjælp af input fra WP2 (optimering af termisk CSP-cyklus til afsaltning) og 3 (optimeret afsaltning ved hjælp af CSP-varme) vil forhindringerne for integrationen af både sol- og afsaltningssystemerne blive diskuteret i WP4, hvor der vil blive udført modellerings- og optimeringsstudier af den integrerede proces.

Integrationsplanen vil sikre, at de uafhængige højtydende cyklusser kan kombineres effektivt for at opnå en høj produktion af rent vand og elektricitet.

Udvikling af innovative separationsmembraner til den hybride fremadrettede osmose-membrandestillationsproces

Membraner er kernen i alle faser af afsaltningsprocessen, nanofiltrering (NF) forbehandling, fremadrettet osmose (FO) og membrandestillation (MD) processer. I DESOLINATION vil modellering og testaktiviteter i lille skala være rettet mod optimering af alle trin i hybridmembranseparationer.

Først vil NF-membraner blive brugt til at reducere tilsmudsning og afskalning i FO.

Derefter vil FO-separationsmembranen blive finjusteret for at sikre kontrol over høj vandflux i kombination med lav reversflux fra trækopløsningen til fødeopløsningen og dermed maksimere effektiviteten og brugen af den osmotiske trykforskel mellem havvandet og trækopløsningen.

Til sidst skal MD-separationsmembranen optimere fjernelsen af rent vand fra trækopløsningen og skal derfor tilpasses de kemiske og fysiske egenskaber ved trækopløsningen, der er designet til termisk varmegenvinding, samt de temperatur- og trykforhold, der kræves til VMD-genvindingsprocessen.

Udvikling af forbedret trækopløsning til forbedring af FO og genvinding af trækopløsningen ved hjælp af CSP-spildvarme

Den nødvendige proces med genvinding af trækopløsning (DS) er et centralt aspekt af DESOLINATION-projektet, da spildvarmen fra CSP-kraftcyklussen vil blive brugt til at adskille ferskvandet fra DS.

Efter fremadrettet osmose-trinnet skal trækopløsningen nemlig regenereres og adskilles fra vandet.

DS-regenerering er en dyr og energikrævende proces, som kan kontrolleres ved at finjustere den genvundne CSP-spildvarme for at sikre, at den bruges optimalt som energikilde til denne proces.

Dette kan opnås ved at definere specifikke parametre for trækopløsningen for at maksimere dens tilpasningsevne til CSP-spildvarmeenergikilden.

Udvikling af løsninger til behandling af saltlage for at forbedre afsaltningsprocessernes globale miljøpåvirkning

Da målet med afsaltningsanlægget er at udvinde så meget rent vand fra havvand som muligt, er et nødvendigt resultat at opnå en ekstremt koncentreret saltlage. Jo mere effektivt afsaltningen er, desto mere koncentreret bliver den resulterende saltopløsning, og dermed jo højere bliver miljøpåvirkningen.

For at mindske denne påvirkning har DESOLINATION-projektet integreret saltlagebehandling som en af sine topprioriteter. Målet er en betydelig reduktion af miljøpåvirkningen fra saltlageudledningen og udvikling af en valoriseringsstrategi for de udvundne materialer.

Det internationale samarbejde med de GCC-lande, der er involveret i projektet, vil give EU-partnerne indsigtsfuld viden om sammensætningen af det lokale havvand for at udvikle den nødvendige behandling.

Udvikling af innovative separationsmembraner til den hybride fremadrettede osmose-membrandestillationsproces

Membraner er kernen i alle faser af afsaltningsprocessen, nanofiltrering (NF) forbehandling, fremadrettet osmose (FO) og membrandestillation (MD) processer. I DESOLINATION vil modellering og testaktiviteter i lille skala være rettet mod optimering af alle trin i hybridmembranseparationer. Først vil NF-membraner blive brugt til at reducere tilsmudsning og afskalning i FO. Derefter vil FO-separationsmembranen blive finjusteret for at sikre kontrol over høj vandflux i kombination med lav reversflux fra trækopløsningen til fødeopløsningen og dermed maksimere effektiviteten og brugen af den osmotiske trykforskel mellem havvandet og trækopløsningen. Til sidst skal MD-separationsmembranen optimere fjernelsen af rent vand fra trækopløsningen og skal derfor tilpasses de kemiske og fysiske egenskaber ved trækopløsningen, der er designet til termisk varmegenvinding, samt de temperatur- og trykforhold, der kræves til VMD-genvindingsprocessen.

Udvikling af løsninger til behandling af saltlage for at forbedre afsaltningsprocessernes globale miljøpåvirkning

Da målet med afsaltningsanlægget er at udvinde så meget rent vand fra havvand som muligt, er et nødvendigt resultat at opnå en ekstremt koncentreret saltlage. Jo mere effektivt afsaltningen er, desto mere koncentreret bliver den resulterende saltopløsning, og dermed jo højere bliver miljøpåvirkningen.

For at mindske denne påvirkning har DESOLINATION-projektet integreret saltlagebehandling som en af sine topprioriteter. Målet er en betydelig reduktion af miljøpåvirkningen fra saltlageudledningen og udvikling af en valoriseringsstrategi for de udvundne materialer. Det internationale samarbejde med de GCC-lande, der er involveret i projektet, vil give EU-partnerne indsigtsfuld viden om sammensætningen af det lokale havvand for at udvikle den nødvendige behandling.

Udvikling af forbedret trækopløsning til forbedring af FO og genvinding af trækopløsningen ved hjælp af CSP-spildvarme

Den nødvendige proces med genvinding af trækopløsning (DS) er et centralt aspekt af DESOLINATION-projektet, da spildvarmen fra CSP-kraftcyklussen vil blive brugt til at adskille ferskvandet fra DS. Efter fremadrettet osmose-trinnet skal trækopløsningen nemlig regenereres og adskilles fra vandet. DS-regenerering er en dyr og energikrævende proces, som kan kontrolleres ved at finjustere den genvundne CSP-spildvarme for at sikre, at den bruges optimalt som energikilde til denne proces. Dette kan opnås ved at definere specifikke parametre for trækopløsningen for at maksimere dens tilpasningsevne til CSP-spildvarmeenergikilden.

Udvikle en køreplan til højere TRL'er og opbygge en stærk markedsoptagelses- og udnyttelsesstrategi

Ved hjælp af ACSP og andre lokale partnere i industriudvalgets stærke implementering i regionen og deres ekspertise inden for både CSP og afsaltningsanlæg vil DESOLINATION-partnerne sikre, at der bliver defineret en klar udviklingslinje fra slutningen af TRL 6 til TRL 9.

For at systemet effektivt kan håndtere kulstofudledningen fra afsaltningsanlæg, er målet at sikre, at de endelige demonstratorer kan kopieres og markedsføres.

Inddragelsen af stærke industrigrupper i konsortiet vil sikre, at DESOLINATION-udviklingen opfylder kriterierne og kravene til kommercialisering af systemet.

Validere teknologien gennem energieffektive demonstratorer i det virkelige miljø i Saudi-Arabien

De endelige demonstratorer, der er udviklet i DESOLINATION, vil blive bygget og testet.

Integrationen af både eksisterende og næste generations CSP-cyklusser vil blive implementeret i King Saudi University-anlægget for at muliggøre test i et virkeligt miljø.

To faser af test (midlertidig tilstand og langsigtede) vil blive kørt på hver cyklus og vil validere de modellerede parametre og demonstratorernes forventede energieffektivitet.

Formålet med testene er at validere integrationsstrategien fra varmegenvindingssystemet til metoden til genvinding af trækopløsningen samt dens tilpasningsevne til forskellige kraftcyklusser.

Desuden vil den næste generation af kraftcyklus blive valideret som en effektiv kobling til at producere både vedvarende elektricitet til nettet og tilstrækkelig vandproduktion til at være konkurrencedygtig med andre afsaltningssystemer.

LCOE og LCOW for de endelige systemer vil blive sammenlignet med state-of-the-art anlæg.

Sikring af DESOLINATION-systemets replikerbarhedspotentiale i GCC-landene

Baseret på den viden, som GCC-partnerne i konsortiet har, vil DESOLINATION-teknologien blive testet under de specifikke miljøforhold i regionen, f.eks. det meget høje TDS-forhold i Bahrains havvand, som UOB har erfaring med at undersøge.

Det vil gøre det muligt at tilpasse systemet til de lokale forhold og øge overførbarheden til andre steder i Golf-landene.

Derudover sigter innovationerne, der er indført i kraftcyklussen med integreringen af CO2-blandinger og tilpasset, dermed mindre, turbomaskineri, samt arbejdet med optimering af integrationsplanen, mod en markant reduktion af anlæggets kapitaludgifter (CAPEX).

Det endelige system vil derfor ikke kun være energieffektivt, men også mere omkostningseffektivt end andre solafsaltningsanlæg, hvilket giver bedre betingelser for dets replikerbarhed.

Sikring af DESOLINATION-systemets replikerbarhedspotentiale i GCC-landene

Baseret på den viden, som GCC-partnerne i konsortiet har, vil DESOLINATION-teknologien blive testet under de specifikke miljøforhold i regionen, f.eks. det meget høje TDS-forhold i Bahrains havvand, som UOB har erfaring med at undersøge. Det vil gøre det muligt at tilpasse systemet til de lokale forhold og øge overførbarheden til andre steder i Golf-landene. Derudover sigter innovationerne, der er indført i kraftcyklussen med integreringen af CO2-blandinger og tilpasset, dermed mindre, turbomaskineri, samt arbejdet med optimering af integrationsplanen, mod en markant reduktion af anlæggets kapitaludgifter (CAPEX). Det endelige system vil derfor ikke kun være energieffektivt, men også mere omkostningseffektivt end andre solafsaltningsanlæg, hvilket giver bedre betingelser for dets replikerbarhed.

Validere teknologien gennem energieffektive demonstratorer i det virkelige miljø i Saudi-Arabien

De endelige demonstratorer, der er udviklet i DESOLINATION, vil blive bygget og testet. Integrationen af både eksisterende og næste generations CSP-cyklusser vil blive implementeret i King Saudi University-anlægget for at muliggøre test i et virkeligt miljø. To faser af test (midlertidig tilstand og langsigtede) vil blive kørt på hver cyklus og vil validere de modellerede parametre og demonstratorernes forventede energieffektivitet. Formålet med testene er at validere integrationsstrategien fra varmegenvindingssystemet til metoden til genvinding af trækopløsningen samt dens tilpasningsevne til forskellige kraftcyklusser. Desuden vil den næste generation af kraftcyklus blive valideret som en effektiv kobling til at producere både vedvarende elektricitet til nettet og tilstrækkelig vandproduktion til at være konkurrencedygtig med andre afsaltningssystemer. LCOE og LCOW for de endelige systemer vil blive sammenlignet med state-of-the-art anlæg.

Udvikle en køreplan til højere TRL'er og opbygge en stærk markedsoptagelses- og udnyttelsesstrategi

Ved hjælp af ACSP og andre lokale partnere i industriudvalgets stærke implementering i regionen og deres ekspertise inden for både CSP og afsaltningsanlæg vil DESOLINATION-partnerne sikre, at der bliver defineret en klar udviklingslinje fra slutningen af TRL 6 til TRL 9. For at systemet effektivt kan håndtere kulstofudledningen fra afsaltningsanlæg, er målet at sikre, at de endelige demonstratorer kan kopieres og markedsføres. Inddragelsen af stærke industrigrupper i konsortiet vil sikre, at DESOLINATION-udviklingen opfylder kriterierne og kravene til kommercialisering af systemet.

Horisont 2020

Hvad er Horizon 2020?

Horizon 2020 er det største forsknings- og innovationsprogram i EU nogensinde med næsten 80 milliarder euro til rådighed over 7 år (2014 til 2020).

Tilgængelig finansiering

milliarder €

Forsknings- og innovationsprogram

milliarder €

Efter Horizon 2020?

Kommissionen har offentliggjort sit forslag til Horizon Europe, et ambitiøst forsknings- og innovationsprogram til 100 milliarder euro, der skal følge efter Horizon 2020.