SULLA DESOLINAZIONE

Il contesto

L’acqua è fondamentale per l’umanità. Tuttavia, secondo il Programma di valutazione mondiale delle Nazioni Unite (UNESCO, Parigi 2015), circa il 40% della popolazione sperimenterà la scarsità d’acqua entro il 2030.

Ciò è dovuto principalmente al fatto che solo il 3% delle riserve idriche globali è disponibile come acqua dolce, mentre l’acqua marina rappresenta la percentuale rimanente.

In considerazione di ciò, è chiaro che la desalinizzazione potrebbe svolgere un ruolo fondamentale, data la grande quantità di acqua salata presente sulla Terra.

Le energie rinnovabili sono la chiave per raggiungere un’economia a zero emissioni di carbonio e arrestare il cambiamento climatico. Nel 2019, l’energia solare ha rappresentato circa l’11% della produzione totale di energia rinnovabile a livello mondiale e la sua capacità di generazione di energia è aumentata del 16% dal 2020 nonostante la pandemia COVID-19.

Questi risultati sono promettenti, ma dobbiamo fare di più.

Per raggiungere l’obiettivo dell’UE, la produzione di energia solare e altre tecnologie di energia rinnovabile devono diventare più efficienti e meno costose.

I nostri obiettivi

Guarda il video di presentazione del nostro progetto ↓

Sebbene l’uso del calore per la desalinizzazione sia stato studiato per secoli, il recente sviluppo delle tecnologie ha messo in evidenza il suo problema principale: la competitività.

DESOLINATION will tackle this issue by developing an innovative process coupling Concentrated Solar Power (or CSP) and forward osmosis desalination technologies for a coupled production of renewable electricity and freshwater.

Le soluzioni innovative saranno dimostrate in condizioni reali a Riyadh, in Arabia Saudita, prima su un sistema esistente e poi su uno di nuova generazione.

A tal fine, il nostro team utilizzerà l’osmosi diretta (pressione osmotica) per indurre un flusso di acqua di mare verso una “draw solution”. Durante il percorso, l’acqua passerà attraverso una membrana che lascerà passare solo l’acqua dolce, ma bloccherà il sale. Utilizzando il calore di scarto dell’impianto solare a concentrazione, la soluzione diluita viene riscaldata fino a quando l’acqua dolce può essere recuperata attraverso una seconda membrana.

Impatti attesi

Ottimizzare l'accoppiamento tra il CSP e il processo di desalinizzazione

I sistemi di controllo sono aspetti importanti degli impianti di generazione di energia e lo sono ancora di più per i sistemi integrati come il dimostratore finale DESOLINATION.

Utilizzando gli input dei WP2 (ottimizzazione del ciclo termico CSP per la desalinizzazione) e 3 (desalinizzazione ottimizzata utilizzando il calore CSP), gli ostacoli all’integrazione dei sistemi solari e di desalinizzazione indipendenti saranno affrontati nel WP4, dove saranno eseguiti studi di modellazione e ottimizzazione del processo integrato.

Lo schema di integrazione garantirà che i cicli indipendenti ad alte prestazioni possano essere combinati in modo efficiente per raggiungere un’elevata produzione di acqua pura ed elettricità.

Sviluppare un nuovo ciclo energetico a CO2 supercritico per adattarlo alla desalinizzazione

Durante il progetto DESOLINATION, verranno sviluppate miscele di CO2 innovative per ottimizzare l’efficienza del ciclo di potenza e adattarsi ai parametri di temperatura e pressione richiesti dalla turbomacchina del ciclo di potenza.

Anche gli scambiatori di calore specifici saranno progettati per adattarsi ai particolari materiali, alle temperature e alle pressioni richieste dal ciclo.

Utilizzando il know-how sulla sCO2 raccolto dai precedenti progetti H2020, i diversi componenti saranno prima modellati in modo indipendente e testati su scala di laboratorio.

La metodologia risultante fornirà strategie di ottimizzazione per dimostrare sia la maggiore efficienza del ciclo di alimentazione a sCO2, sia l’efficiente accoppiamento del ciclo di alimentazione al sistema di desalinizzazione.

Sviluppare un sistema di controllo completo dell'impianto CSP+D accoppiato

I sistemi di controllo sono aspetti importanti degli impianti di generazione di energia e lo sono ancora di più per i sistemi integrati come il dimostratore finale DESOLINATION.

Il gemello digitale dell’impianto accoppiato CSP+D sviluppato in DESOLINATION garantirà che lo schema di integrazione sia in linea con il sistema di controllo distribuito finale.

Mentre i sistemi CSP e di desalinizzazione vengono prima sviluppati indipendentemente, lo schema di integrazione è fondamentale per raggiungere la combinazione efficiente dell’impianto finale.

Il sistema di controllo distribuito (DCS) fornirà un meccanismo di controllo in tempo reale per il funzionamento efficiente e il monitoraggio dell’intero impianto.

Basato su una strategia di controllo multistrato che integra il controllo individuale di ogni componente e una strategia di funzionamento ottimale, il sistema DCS di DESOLINATION gestirà l’intero sistema e si adatterà ai cicli energetici esistenti e di prossima generazione, nonché all’impianto di desalinizzazione.

I test eseguiti sui dimostratori a KSU convalideranno l’affidabilità della metodologia del sistema di controllo.

Sviluppare un sistema di controllo completo dell'impianto CSP+D accoppiato

I sistemi di controllo sono aspetti importanti degli impianti di generazione di energia e lo sono ancora di più per i sistemi integrati come il dimostratore finale DESOLINATION. Il gemello digitale dell’impianto accoppiato CSP+D sviluppato in DESOLINATION garantirà che lo schema di integrazione sia in linea con il sistema di controllo distribuito finale. Mentre i sistemi CSP e di desalinizzazione vengono prima sviluppati indipendentemente, lo schema di integrazione è fondamentale per raggiungere la combinazione efficiente dell’impianto finale. Il sistema di controllo distribuito (DCS) fornirà un meccanismo di controllo in tempo reale per il funzionamento efficiente e il monitoraggio dell’intero impianto. Basato su una strategia di controllo multistrato che integra il controllo individuale di ogni componente e una strategia di funzionamento ottimale, il sistema DCS di DESOLINATION gestirà l’intero sistema e si adatterà ai cicli energetici esistenti e di prossima generazione, nonché all’impianto di desalinizzazione.

I test eseguiti sui dimostratori a KSU convalideranno l’affidabilità della metodologia del sistema di controllo.

Sviluppare un nuovo ciclo energetico a CO2 supercritico per adattarlo alla desalinizzazione

Durante il progetto DESOLINATION, verranno sviluppate miscele di CO2 innovative per ottimizzare l’efficienza del ciclo di potenza e adattarsi ai parametri di temperatura e pressione richiesti dalla turbomacchina del ciclo di potenza. Anche gli scambiatori di calore specifici saranno progettati per adattarsi ai particolari materiali, alle temperature e alle pressioni richieste dal ciclo. Utilizzando il know-how sulla sCO2 raccolto dai precedenti progetti H2020, i diversi componenti saranno prima modellati in modo indipendente e testati su scala di laboratorio. La metodologia risultante fornirà strategie di ottimizzazione per dimostrare sia la maggiore efficienza del ciclo di alimentazione a sCO2, sia l’efficiente accoppiamento del ciclo di alimentazione al sistema di desalinizzazione.

Ottimizzare l'accoppiamento tra il CSP e il processo di desalinizzazione

Il progetto DESOLINATION si concentrerà sull’ottimizzazione del recupero del calore di scarto del CSP per guidare il metodo di recupero della soluzione di estrazione. Utilizzando gli input dei WP2 (ottimizzazione del ciclo termico CSP per la desalinizzazione) e 3 (desalinizzazione ottimizzata utilizzando il calore CSP), gli ostacoli all’integrazione dei sistemi solari e di desalinizzazione indipendenti saranno affrontati nel WP4, dove saranno eseguiti studi di modellazione e ottimizzazione del processo integrato.

Lo schema di integrazione garantirà che i cicli indipendenti ad alte prestazioni possano essere combinati in modo efficiente per raggiungere un’elevata produzione di acqua pura ed elettricità.

Sviluppare membrane di separazione innovative per il processo ibrido osmosi in avanti-distillazione a membrana

Le membrane sono al centro di tutte le fasi del processo di desalinizzazione, del pre-trattamento di nanofiltrazione (NF), dei processi di osmosi in avanti (FO) e di distillazione a membrana (MD). In DESOLINATION, le attività di modellazione e sperimentazione su piccola scala mireranno all’ottimizzazione di tutte le fasi delle separazioni ibride a membrana.

In primo luogo, le membrane NF saranno utilizzate per ridurre il fouling e l’effetto di scaling nel FO.

Poi, la membrana di separazione FO sarà messa a punto per garantire il controllo di un elevato flusso d’acqua in combinazione con un basso flusso inverso dalla soluzione di prelievo a quella di alimentazione, massimizzando così l’efficienza e l’utilizzo della differenza di pressione osmotica tra l’acqua di mare e la soluzione di prelievo.

Poi, la membrana di separazione FO sarà messa a punto per garantire il controllo di un elevato flusso d’acqua in combinazione con un basso flusso inverso dalla soluzione di prelievo a quella di alimentazione, massimizzando così l’efficienza e l’utilizzo della differenza di pressione osmotica tra l’acqua di mare e la soluzione di prelievo.

Sviluppare una soluzione di prelievo migliorata per migliorare il recupero della FO e della soluzione di prelievo utilizzando il calore di scarto del CSP.

Sviluppare membrane di separazione innovative per il processo ibrido osmosi in avanti-distillazione a membrana

Infatti, dopo la fase di forward osmosis i, la soluzione di prelievo deve essere rigenerata e separata dall’acqua.

La rigenerazione della DS è un processo costoso e ad alta intensità energetica che può essere controllato regolando con precisione il calore di scarto recuperato dal CSP per garantirne l’uso ottimale come fonte di energia per questo processo.

La rigenerazione della DS è un processo costoso e ad alta intensità energetica che può essere controllato regolando con precisione il calore di scarto recuperato dal CSP per garantirne l’uso ottimale come fonte di energia per questo processo.

Sviluppare soluzioni di trattamento della salamoia per migliorare l'impatto ambientale globale dei processi di desalinizzazione

Poiché l’obiettivo dell’impianto di desalinizzazione è quello di estrarre la maggior quantità possibile di acqua pura dall’acqua di mare, un risultato necessario è l’ottenimento di una salamoia estremamente concentrata. Più efficiente è il processo di desalinizzazione, più concentrata è la salamoia in uscita e, di conseguenza, maggiore è l’impatto ambientale.

Per ridurre questo impatto, il progetto DESOLINATION integra il trattamento della salamoia come una delle sue principali priorità. L’obiettivo è una sostanziale riduzione dell’impronta ambientale del rifiuto della salamoia e lo sviluppo di una strategia di valorizzazione dei materiali estratti.

La cooperazione internazionale con i Paesi del CCG coinvolti nel progetto fornirà ai partner dell’UE una conoscenza approfondita della composizione dell’acqua marina locale per sviluppare il trattamento necessario.

Sviluppare membrane di separazione innovative per il processo ibrido osmosi in avanti-distillazione a membrana

Le membrane sono al centro di tutte le fasi del processo di desalinizzazione, del pre-trattamento di nanofiltrazione (NF), dei processi di osmosi in avanti (FO) e di distillazione a membrana (MD). In DESOLINATION, le attività di modellazione e sperimentazione su piccola scala mireranno all’ottimizzazione di tutte le fasi delle separazioni ibride a membrana. In primo luogo, le membrane NF saranno utilizzate per ridurre il fouling e l’effetto di scaling nel FO. Poi, la membrana di separazione FO sarà messa a punto per garantire il controllo di un elevato flusso d’acqua in combinazione con un basso flusso inverso dalla soluzione di prelievo a quella di alimentazione, massimizzando così l’efficienza e l’utilizzo della differenza di pressione osmotica tra l’acqua di mare e la soluzione di prelievo. Poi, la membrana di separazione FO sarà messa a punto per garantire il controllo di un elevato flusso d’acqua in combinazione con un basso flusso inverso dalla soluzione di prelievo a quella di alimentazione, massimizzando così l’efficienza e l’utilizzo della differenza di pressione osmotica tra l’acqua di mare e la soluzione di prelievo.

Sviluppare soluzioni di trattamento della salamoia per migliorare l'impatto ambientale globale dei processi di desalinizzazione

Poiché l’obiettivo dell’impianto di desalinizzazione è quello di estrarre la maggior quantità possibile di acqua pura dall’acqua di mare, un risultato necessario è l’ottenimento di una salamoia estremamente concentrata. Più efficiente è il processo di desalinizzazione, più concentrata è la salamoia in uscita e, di conseguenza, maggiore è l’impatto ambientale.

Per ridurre questo impatto, il progetto DESOLINATION integra il trattamento della salamoia come una delle sue principali priorità. L’obiettivo è una sostanziale riduzione dell’impronta ambientale del rifiuto della salamoia e lo sviluppo di una strategia di valorizzazione dei materiali estratti. La cooperazione internazionale con i Paesi del CCG coinvolti nel progetto fornirà ai partner dell’UE una conoscenza approfondita della composizione dell’acqua marina locale per sviluppare il trattamento necessario.

Sviluppare una soluzione di prelievo migliorata per migliorare il recupero della FO e della soluzione di prelievo utilizzando il calore di scarto del CSP.

Il necessario processo di recupero della salamoia (DS) è un aspetto chiave del progetto DESOLINATION, in quanto il calore di scarto del ciclo energetico CSP sarà utilizzato per separare l’acqua dolce dalla DS. Infatti, dopo la fase di forward osmosis i, la soluzione di prelievo deve essere rigenerata e separata dall’acqua. La rigenerazione della DS è un processo costoso e ad alta intensità energetica che può essere controllato regolando con precisione il calore di scarto recuperato dal CSP per garantirne l’uso ottimale come fonte di energia per questo processo. La rigenerazione della DS è un processo costoso e ad alta intensità energetica che può essere controllato regolando con precisione il calore di scarto recuperato dal CSP per garantirne l’uso ottimale come fonte di energia per questo processo.

Sviluppare una tabella di marcia verso TRL più elevati e costruire una solida strategia di adozione e sfruttamento del mercato.

Utilizzando ACSP e altri partner locali del comitato industriale che hanno una forte implementazione nella regione e la loro esperienza sia negli impianti CSP che in quelli di desalinizzazione, i partner di DESOLINATION garantiranno la definizione di una chiara linea di evoluzione dal TRL 6 al TRL 9 finale.

Infatti, affinché il sistema affronti efficacemente le emissioni di carbonio degli impianti di desalinizzazione, l’obiettivo è garantire la replicabilità e l’adozione sul mercato dei dimostratori finali.

Il coinvolgimento di forti gruppi industriali nel consorzio garantirà che lo sviluppo di DESOLINATION soddisfi i criteri e i requisiti per la commercializzazione del sistema.

Convalidare la tecnologia attraverso dimostratori ad alta efficienza energetica in un ambiente reale in Arabia Saudita.

I dimostratori finali sviluppati in DESOLINATION saranno costruiti e testati.

L’integrazione di cicli CSP esistenti e di nuova generazione sarà realizzata nella struttura dell’Università King Saudi per consentire i test in un ambiente reale.

Due fasi di test (allo stato transitorio e a lungo termine) saranno eseguite su ciascun ciclo e convalideranno i parametri modellati e l’efficienza energetica prevista dei dimostratori.

L’obiettivo dei test è quello di convalidare la strategia di integrazione dal sistema di recupero del calore al metodo di recupero della soluzione di prelievo, nonché la sua adattabilità a diversi cicli di potenza.

Inoltre, la prossima generazione di cicli di potenza sarà convalidata come un accoppiamento efficiente per produrre sia elettricità rinnovabile per la rete che una produzione di acqua sufficiente per essere competitiva con altri sistemi di desalinizzazione.

Il LCOE e il LCOW dei sistemi finali saranno confrontati con gli impianti più moderni.

Garantire il potenziale di replicabilità del sistema DESOLINATION nei Paesi del CCG

Sulla base delle conoscenze dei partner del CCG inclusi nel consorzio, la tecnologia DESOLINATION sarà testata nelle condizioni ambientali specifiche della regione, come l’acqua di mare con un rapporto di TDS molto elevato del Bahrain, che UOB ha esperienza nello studio.

Ciò consentirà di adattare il sistema alle condizioni locali e di aumentarne la replicabilità in altri siti nei Paesi del Golfo.

Inoltre, le innovazioni apportate al ciclo di potenza con l’integrazione di miscele di CO2 e turbomacchine adattate, quindi più piccole, nonché il lavoro di ottimizzazione dello schema di integrazione, mirano a una forte riduzione del CAPEX dell’impianto.

Il sistema finale non sarà quindi solo efficiente dal punto di vista energetico, ma anche più competitivo dal punto di vista dei costi rispetto ad altri impianti di desalinizzazione solare, il che offre migliori condizioni per la sua replicabilità.

Garantire il potenziale di replicabilità del sistema DESOLINATION nei Paesi del CCG

Sulla base delle conoscenze dei partner del CCG inclusi nel consorzio, la tecnologia DESOLINATION sarà testata nelle condizioni ambientali specifiche della regione, come l’acqua di mare con un rapporto di TDS molto elevato del Bahrain, che UOB ha esperienza nello studio. Ciò consentirà di adattare il sistema alle condizioni locali e di aumentarne la replicabilità in altri siti nei Paesi del Golfo. Inoltre, le innovazioni apportate al ciclo di potenza con l’integrazione di miscele di CO2 e turbomacchine adattate, quindi più piccole, nonché il lavoro di ottimizzazione dello schema di integrazione, mirano a una forte riduzione del CAPEX dell’impianto. Inoltre, le innovazioni apportate al ciclo di potenza con l’integrazione di miscele di CO2 e turbomacchine adattate, quindi più piccole, nonché il lavoro di ottimizzazione dello schema di integrazione, mirano a una forte riduzione del CAPEX dell’impianto.

Convalidare la tecnologia attraverso dimostratori ad alta efficienza energetica in un ambiente reale in Arabia Saudita.

I dimostratori finali sviluppati in DESOLINATION saranno costruiti e testati. L’integrazione di cicli CSP esistenti e di nuova generazione sarà realizzata nella struttura dell’Università King Saudi per consentire i test in un ambiente reale. Due fasi di test (allo stato transitorio e a lungo termine) saranno eseguite su ciascun ciclo e convalideranno i parametri modellati e l’efficienza energetica prevista dei dimostratori. L’obiettivo dei test è quello di convalidare la strategia di integrazione dal sistema di recupero del calore al metodo di recupero della soluzione di prelievo, nonché la sua adattabilità a diversi cicli di potenza. Inoltre, la prossima generazione di cicli di potenza sarà convalidata come un accoppiamento efficiente per produrre sia elettricità rinnovabile per la rete che una produzione di acqua sufficiente per essere competitiva con altri sistemi di desalinizzazione. Il LCOE e il LCOW dei sistemi finali saranno confrontati con gli impianti più moderni.

Sviluppare una tabella di marcia verso TRL più elevati e costruire una solida strategia di adozione e sfruttamento del mercato.

Utilizzando ACSP e altri partner locali del comitato industriale che hanno una forte implementazione nella regione e la loro esperienza sia negli impianti CSP che in quelli di desalinizzazione, i partner di DESOLINATION garantiranno la definizione di una chiara linea di evoluzione dal TRL 6 al TRL 9 finale. Infatti, affinché il sistema affronti efficacemente le emissioni di carbonio degli impianti di desalinizzazione, l’obiettivo è garantire la replicabilità e l’adozione sul mercato dei dimostratori finali. Il coinvolgimento di forti gruppi industriali nel consorzio garantirà che lo sviluppo di DESOLINATION soddisfi i criteri e i requisiti per la commercializzazione del sistema.

Horizon 2020

Cos’è Horizon 2020

Horizon 2020 è il più grande programma di ricerca e innovazione dell’UE mai realizzato, con quasi 80 miliardi di euro di finanziamenti disponibili in 7 anni (dal 2014 al 2020).

Finanziamenti disponibili

miliardi di euro

Programma di ricerca e innovazione

miliardi di euro

Dopo Horizon 2020?

La Commissione ha pubblicato la sua proposta per Horizon Europe, un ambizioso programma di ricerca e innovazione da 100 miliardi di euro che seguirà Horizon 2020.