SOBRE DESOLINATION

Contexto

El agua es fundamental para la humanidad. Sin embargo, según el Programa Mundial de Evaluación de las Naciones Unidas (UNESCO, París 2015), alrededor del 40% de la población sufrirá escasez de agua en 2030.

Esto se debe principalmente al hecho de que sólo el 3% de las reservas mundiales de agua están disponibles como agua dulce, y el agua de mar representa el porcentaje restante.

Teniendo esto en cuenta, está claro que la desalinización podría desempeñar un papel clave, dada la gran cantidad de agua salada que hay en la Tierra.

Las energías renovables son la clave para lograr una economía con cero emisiones de carbono y frenar el cambio climático. En 2019, la energía solar representó alrededor del 11% de la producción mundial total de energía renovable, y su capacidad de generación de energía ha aumentado un 16% desde 2020 a pesar de la pandemia de COVID-19.

Estos resultados son prometedores, pero tenemos que hacer más.

Para alcanzar el objetivo de la UE, la generación de energía solar y otras tecnologías de energías renovables deben ser más eficientes y menos costosas.

Nuestros objetivos

Vea el vídeo de presentación de nuestro proyecto ↓

Aunque el uso del calor para la desalinización se estudia desde hace siglos, el desarrollo reciente de tecnologías ha enfatizado su principal problema: la competitividad.

DESOLINATION abordará esta cuestión mediante el desarrollo de un proceso innovador que combina la energía solar térmica concentrada (CSP) y las tecnologías de desalinización por ósmosis para la producción conjunta de electricidad renovable y agua dulce.

Las soluciones innovadoras se demostrarán en condiciones reales en Riad (Arabia Saudí), primero en un sistema existente y después en uno de nueva generación.

Para ello, nuestro equipo utilizará la ósmosis directa (presión osmótica) para inducir un flujo de agua de mar hacia una solución de extracción. En su camino, el agua atravesará una membrana que sólo dejará pasar el agua dulce, pero bloqueará la sal. Utilizando el calor residual de la central termosolar, la solución diluida se calentará hasta que el agua dulce pueda recuperarse a través de una segunda membrana.

Impactos previstos

Optimizar el acoplamiento entre la CSP y el proceso de desalinización

DESOLINATION se centrará en optimizar la recuperación del calor residual de la CSP para impulsar el método de recuperación de la solución de extracción.

Utilizando las aportaciones del WP2 (Optimización del ciclo térmico de la CSP para la desalinización) y 3 (Optimización de la desalinización utilizando el calor de la CSP), se hablará de los obstáculos para la integración de los sistemas solares y de desalinización independientes en el WP4, donde se llevarán a cabo estudios de modelización y optimización del proceso integrado.

El esquema de integración garantizará que los ciclos de alto rendimiento puedan combinarse de forma independiente y eficaz para alcanzar una elevada producción de agua pura y electricidad.

Desarrollar un nuevo ciclo energético de CO2 supercrítico que se adapte a los propósitos de la desalinización

Durante el proyecto DESOLINATION, se desarrollarán mezclas innovadoras de CO2 para optimizar la eficiencia del ciclo de potencia y ajustarse a los parámetros necesarios de temperatura y presión de la turbomaquinaria del ciclo de potencia.

También se diseñarán intercambiadores de calor específicos que se adapten a los requisitos concretos de materiales, temperatura y presión del ciclo.

Utilizando los conocimientos sobre sCO2 adquiridos en anteriores proyectos de H2020, los distintos componentes se modelizarán y probarán primero de forma independiente a escala de laboratorio.

La metodología resultante proporcionará estrategias de optimización para demostrar tanto la mayor eficiencia del ciclo de energía de sCO2 como el acoplamiento eficiente del ciclo de energía al sistema de desalinización.

Desarrollar un sistema de control completo de la central CSP+D acoplada

Los sistemas de control son aspectos importantes de las plantas de generación de energía y más aún en el caso de sistemas integrados como el demostrador final de DESOLINATION.

El gemelo digital de la planta acoplada CSP+D desarrollada en DESOLINATION garantizará que el esquema de integración esté en consonancia con el sistema final de control distribuido.

Aunque los sistemas de CSP y de desalinización se desarrollan primero de forma independiente, el esquema de integración es clave para alcanzar la combinación eficiente de la planta final.

El sistema de control distribuido (DCS) proporcionará un mecanismo de control en tiempo real para el funcionamiento y la supervisión eficientes de la planta global.

Basado en una estrategia de control multicapa que integra el control individual de cada componente y una estrategia de funcionamiento óptimo, el sistema DCS de DESOLINATION gestionará el sistema completo y se adaptará a los ciclos de energía existentes y de próxima generación, así como a la planta desalinizadora.

Las pruebas realizadas en los demostradores de la KSU validarán que la metodología del sistema de control es fiable.

Desarrollar un sistema de control completo de la central CSP+D acoplada

Los sistemas de control son aspectos importantes de las plantas de generación de energía y más aún en el caso de sistemas integrados como el demostrador final de DESOLINATION. El gemelo digital de la planta acoplada CSP+D desarrollada en DESOLINATION garantizará que el esquema de integración esté en consonancia con el sistema final de control distribuido. Aunque los sistemas de CSP y de desalinización se desarrollan primero de forma independiente, el esquema de integración es clave para alcanzar la combinación eficiente de la planta final. El sistema de control distribuido (DCS) proporcionará un mecanismo de control en tiempo real para el funcionamiento y la supervisión eficientes de la planta global. Basado en una estrategia de control multicapa que integra el control individual de cada componente y una estrategia de funcionamiento óptimo, el sistema DCS de DESOLINATION gestionará el sistema completo y se adaptará a los ciclos de energía existentes y de próxima generación, así como a la planta desalinizadora.

Las pruebas realizadas en los demostradores de la KSU validarán que la metodología del sistema de control es fiable.

Desarrollar un nuevo ciclo energético de CO2 supercrítico que se adapte a los propósitos de la desalinización

Durante el proyecto DESOLINATION, se desarrollarán mezclas innovadoras de CO2 para optimizar la eficiencia del ciclo de potencia y ajustarse a los parámetros necesarios de temperatura y presión de la turbomaquinaria del ciclo de potencia. También se diseñarán intercambiadores de calor específicos que se adapten a los requisitos concretos de materiales, temperatura y presión del ciclo. Utilizando los conocimientos sobre sCO2 adquiridos en anteriores proyectos de H2020, los distintos componentes se modelizarán y probarán primero de forma independiente a escala de laboratorio. La metodología resultante proporcionará estrategias de optimización para demostrar tanto la mayor eficiencia del ciclo de energía de sCO2 como el acoplamiento eficiente del ciclo de energía al sistema de desalinización.

Optimizar el acoplamiento entre la CSP y el proceso de desalinización

DESOLINATION se centrará en optimizar la recuperación del calor residual de la CSP para impulsar el método de recuperación de la solución de extracción. Utilizando las aportaciones del WP2 (Optimización del ciclo térmico de la CSP para la desalinización) y 3 (Optimización de la desalinización utilizando el calor de la CSP), se hablará de los obstáculos para la integración de los sistemas solares y de desalinización independientes en el WP4, donde se llevarán a cabo estudios de modelización y optimización del proceso integrado.

El esquema de integración garantizará que los ciclos de alto rendimiento puedan combinarse de forma independiente y eficaz para alcanzar una elevada producción de agua pura y electricidad.

Desarrollar membranas de separación innovadoras para el proceso híbrido ósmosis directa-destilación por membranas

Las membranas son el centro de todas las etapas del proceso de desalinización, el pretratamiento por nanofiltración (NF), la ósmosis directa (FO) y los procesos de destilación por membrana (MD). En DESOLINATION, las actividades de modelización y pruebas a pequeña escala se centrarán en la optimización de todos los pasos de las separaciones por membranas híbridas.

En primer lugar, se utilizarán membranas NF para reducir el ensuciamiento y el efecto de incrustación en FO.

A continuación, se ajustará la membrana de separación de FO para garantizar el control de un alto flujo de agua en combinación con un bajo flujo inverso de la solución de extracción a la de alimentación y maximizar así la eficiencia y el uso de la diferencia de presión osmótica entre el agua de mar y la solución de extracción.

Por último, la membrana de separación MD debe optimizar la extracción de agua pura de la solución de extracción y, por lo tanto, debe adaptarse a las propiedades químicas y físicas de la solución de extracción diseñada para la recuperación de calor térmico, así como a las condiciones de temperatura y presión necesarias para el proceso de recuperación VMD.

Desarrollar una solución de extracción mejorada para mejorar la recuperación de la FO y la solución de extracción utilizando el calor residual de la CSP

El necesario proceso de recuperación de la solución de extracción (SD) es un aspecto clave del proyecto DESOLINATION, ya que el calor residual del ciclo de energía CSP se utilizará para separar el agua dulce de la SD.

En efecto, tras la etapa de ósmosis directa, la solución de extracción debe regenerarse y separarse del agua.

La regeneración de la SD es un proceso costoso y de alto consumo energético que puede controlarse ajustando el calor residual recuperado de la CSP para garantizar su uso óptimo como fuente de energía para este proceso.

Esto puede lograrse definiendo parámetros específicos de la solución de extracción, para maximizar su adaptabilidad a la fuente de energía del calor residual de la CSP.

Desarrollar soluciones de tratamiento de la salmuera para mejorar el impacto ambiental global de los procesos de desalinización

Dado que el objetivo de la planta desalinizadora es extraer la mayor cantidad posible de agua pura del agua de mar, un resultado necesario es la obtención de una salmuera extremadamente concentrada. Cuanto más eficiente sea el proceso de desalinización, más concentrada será la salmuera resultante y, por tanto, mayor será el impacto medioambiental.

Para disminuir este impacto, el proyecto DESOLINATION integra el tratamiento de la salmuera como una de sus principales prioridades. El objetivo es una reducción sustancial de la huella ambiental del rechazo de salmueras y el desarrollo de una estrategia de valorización de los materiales extraídos.

La cooperación internacional con los países del golfo pérsico que participan en el proyecto proporcionará a los socios de la UE conocimientos profundos sobre la composición del agua de mar local para desarrollar el tratamiento necesario.

Desarrollar membranas de separación innovadoras para el proceso híbrido ósmosis directa-destilación por membranas

Las membranas son el centro de todas las etapas del proceso de desalinización, el pretratamiento por nanofiltración (NF), la ósmosis directa (FO) y los procesos de destilación por membrana (MD). En DESOLINATION, las actividades de modelización y pruebas a pequeña escala se centrarán en la optimización de todos los pasos de las separaciones por membranas híbridas. En primer lugar, se utilizarán membranas NF para reducir el ensuciamiento y el efecto de incrustación en FO. A continuación, se ajustará la membrana de separación de FO para garantizar el control de un alto flujo de agua en combinación con un bajo flujo inverso de la solución de extracción a la de alimentación y maximizar así la eficiencia y el uso de la diferencia de presión osmótica entre el agua de mar y la solución de extracción. Por último, la membrana de separación MD debe optimizar la extracción de agua pura de la solución de extracción y, por lo tanto, debe adaptarse a las propiedades químicas y físicas de la solución de extracción diseñada para la recuperación de calor térmico, así como a las condiciones de temperatura y presión necesarias para el proceso de recuperación VMD.

Desarrollar soluciones de tratamiento de la salmuera para mejorar el impacto ambiental global de los procesos de desalinización

Dado que el objetivo de la planta desalinizadora es extraer la mayor cantidad posible de agua pura del agua de mar, un resultado necesario es la obtención de una salmuera extremadamente concentrada. Cuanto más eficiente sea el proceso de desalinización, más concentrada será la salmuera resultante y, por tanto, mayor será el impacto medioambiental.

Para disminuir este impacto, el proyecto DESOLINATION integra el tratamiento de la salmuera como una de sus principales prioridades. El objetivo es una reducción sustancial de la huella ambiental del rechazo de salmueras y el desarrollo de una estrategia de valorización de los materiales extraídos. La cooperación internacional con los países del golfo pérsico que participan en el proyecto proporcionará a los socios de la UE conocimientos profundos sobre la composición del agua de mar local para desarrollar el tratamiento necesario.

Desarrollar una solución de extracción mejorada para mejorar la recuperación de la FO y la solución de extracción utilizando el calor residual de la CSP

El necesario proceso de recuperación de la solución de extracción (SD) es un aspecto clave del proyecto DESOLINATION, ya que el calor residual del ciclo de energía CSP se utilizará para separar el agua dulce de la SD. En efecto, tras la etapa de ósmosis directa, la solución de extracción debe regenerarse y separarse del agua. La regeneración de la SD es un proceso costoso y de alto consumo energético que puede controlarse ajustando el calor residual recuperado de la CSP para garantizar su uso óptimo como fuente de energía para este proceso. Esto puede lograrse definiendo parámetros específicos de la solución de extracción, para maximizar su adaptabilidad a la fuente de energía del calor residual de la CSP.

Desarrollar una hoja de ruta hacia TRLs más elevados y construir una sólida estrategia de asimilación y explotación en el mercado.

Gracias a la fuerte implantación de ACSP y otros socios locales de la junta industrial en la región y a su experiencia tanto en plantas CSP como de desalinización, los socios de DESOLINATION se asegurarán de que se defina una línea clara de evolución desde el TRL 6 final hasta el TRL 9.

De hecho, para que el sistema aborde eficazmente las emisiones de carbono de las plantas desalinizadoras, el objetivo es garantizar la replicabilidad y la aceptación en el mercado de los demostradores finales.

La participación de fuertes grupos industriales en el consorcio garantizará que el desarrollo de DESOLINATION cumpla los criterios y requisitos para la comercialización del sistema.

Validar la tecnología mediante demostradores de eficiencia energética en un entorno real en Arabia Saudí.

Se construirán y probarán los demostradores finales desarrollados en DESOLINATION.

La integración de los ciclos de CSP existentes y de nueva generación se llevará a cabo en las instalaciones de la Universidad King Saud de Riad para permitir las pruebas en un entorno real.

Se realizarán dos fases de pruebas (de estado transitorio y a largo plazo) en cada ciclo, que validarán los parámetros modelizados y la eficiencia energética prevista de los demostradores.

El objetivo de las pruebas es validar la estrategia de integración del sistema de recuperación de calor en el método de recuperación de la solución de extracción, así como su adaptabilidad a diferentes ciclos de potencia.

Además, se validará la próxima generación de ciclos de potencia como un acoplamiento eficiente para producir tanto electricidad renovable a la red como una producción de agua suficiente para ser competitiva con otros sistemas de desalinización.

El LCOE y el LCOW de los sistemas finales se compararán con las plantas de última generación.

Garantizar el potencial de replicabilidad del sistema DESOLINATION en los países del golfo pérsico.

Basándose en los conocimientos de los socios del golfo pérsico incluidos en el consorcio, la tecnología DESOLINATION se probará en las condiciones ambientales específicas de la región, como el agua de mar de Bahréin, con una proporción de TDS muy elevada, que UOB tiene experiencia en estudiar.

Esto permitirá adaptar el sistema a las condiciones locales y aumentar su replicabilidad en otros emplazamientos de los países del Golfo.

Además, las innovaciones aportadas al ciclo de potencia con la integración de mezclas de CO2 y turbomáquinas adaptadas y, por tanto, más pequeñas, así como los trabajos de optimización del esquema de integración, persiguen una fuerte reducción del CAPEX de la planta.

Por tanto, el sistema final no sólo será energéticamente eficiente, sino también más competitivo en costes que otras plantas de desalinización solar, lo que ofrece mejores condiciones para su replicabilidad.

Garantizar el potencial de replicabilidad del sistema DESOLINATION en los países del golfo pérsico.

Basándose en los conocimientos de los socios del golfo pérsico incluidos en el consorcio, la tecnología DESOLINATION se probará en las condiciones ambientales específicas de la región, como el agua de mar de Bahréin, con una proporción de TDS muy elevada, que UOB tiene experiencia en estudiar. Esto permitirá adaptar el sistema a las condiciones locales y aumentar su replicabilidad en otros emplazamientos de los países del Golfo. Además, las innovaciones aportadas al ciclo de potencia con la integración de mezclas de CO2 y turbomáquinas adaptadas y, por tanto, más pequeñas, así como los trabajos de optimización del esquema de integración, persiguen una fuerte reducción del CAPEX de la planta. Por tanto, el sistema final no sólo será energéticamente eficiente, sino también más competitivo en costes que otras plantas de desalinización solar, lo que ofrece mejores condiciones para su replicabilidad.

Validar la tecnología mediante demostradores de eficiencia energética en un entorno real en Arabia Saudí.

Se construirán y probarán los demostradores finales desarrollados en DESOLINATION. La integración de los ciclos de CSP existentes y de nueva generación se llevará a cabo en las instalaciones de la Universidad King Saud de Riad para permitir las pruebas en un entorno real. Se realizarán dos fases de pruebas (de estado transitorio y a largo plazo) en cada ciclo, que validarán los parámetros modelizados y la eficiencia energética prevista de los demostradores. El objetivo de las pruebas es validar la estrategia de integración del sistema de recuperación de calor en el método de recuperación de la solución de extracción, así como su adaptabilidad a diferentes ciclos de potencia. Además, se validará la próxima generación de ciclos de potencia como un acoplamiento eficiente para producir tanto electricidad renovable a la red como una producción de agua suficiente para ser competitiva con otros sistemas de desalinización. El LCOE y el LCOW de los sistemas finales se compararán con las plantas de última generación.

Desarrollar una hoja de ruta hacia TRLs más elevados y construir una sólida estrategia de asimilación y explotación en el mercado.

Gracias a la fuerte implantación de ACSP y otros socios locales de la junta industrial en la región y a su experiencia tanto en plantas CSP como de desalinización, los socios de DESOLINATION se asegurarán de que se defina una línea clara de evolución desde el TRL 6 final hasta el TRL 9. De hecho, para que el sistema aborde eficazmente las emisiones de carbono de las plantas desalinizadoras, el objetivo es garantizar la replicabilidad y la aceptación en el mercado de los demostradores finales. La participación de fuertes grupos industriales en el consorcio garantizará que el desarrollo de DESOLINATION cumpla los criterios y requisitos para la comercialización del sistema.

Horizonte 2020

Qué es Horizonte 2020

Horizonte 2020 es el mayor programa de investigación e innovación de la UE, con casi 80.000 millones de euros de financiación disponible a lo largo de 7 años (2014 a 2020).

Financiación disponible

mil millones de euros

Programa de Investigación e Innovación

mil millones de euros

¿Después de Horizonte 2020?

La Comisión ha publicado su propuesta para Horizonte Europa, un ambicioso programa de investigación e innovación de 100 000 millones de euros que sucederá a Horizonte 2020.