El DOE de EE. UU. anuncia a los cuartofinalistas del premio de desalinización solar de 9 millones de dólares

Publicado el19 de octubre de 2020Autor

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The American-Made Challenges: Solar Desalination Prize es una competencia de premios de $ 9 millones en cuatro etapas, que brinda $ 1 millón adicional en apoyo, diseñada para acelerar el desarrollo de sistemas de desalinización de bajo costo que utilizan energía solar térmica para producir agua limpia a partir de agua salada. Los competidores recibirán premios en efectivo a medida que avancen en cada etapa de la competencia, que culminará con un gran premio de $ 1 millón por la prueba y demostración exitosas de un prometedor prototipo de sistema de desalinización solar térmica.

El premio se anunció el 23 de septiembre de 2019 y se lanzó el 28 de abril de 2020. Los participantes pueden ingresar a la competencia como individuos o equipos, pero todos los competidores que superen la primera etapa deben formar equipos. Los competidores pueden incluir empresas privadas, organizaciones sin fines de lucro, instituciones académicas, estudiantes e investigadores de los Laboratorios Nacionales.

Para participar en el concurso, los participantes deben enviar sus ideas para un prototipo de sistema o componente de desalinización solar térmica, junto con un camino hacia la comercialización. Si se seleccionan sus ideas, los competidores recibirán $ 50,000 en efectivo, avanzarán a la segunda fase para formar un equipo y refinar los planes para un sistema de desalinización termosolar en pleno funcionamiento.

Los equipos seleccionados para avanzar a la tercera fase recibirán $250,000 en efectivo y un cupón de $100,000 que se puede canjear en un Laboratorio Nacional y/o instalaciones de socios calificados para diseñar sus sistemas. Mientras completan los diseños detallados de sus sistemas en la tercera fase, los equipos también deben obtener los permisos y la documentación de aprobación necesaria para construirlos.

Los equipos seleccionados para avanzar a la cuarta y última fase de la competencia recibirán un premio en efectivo de $750,000 y otro cupón de $100,000. Luego, estos equipos construirán sus sistemas, demostrarán su funcionamiento y validarán las métricas clave de rendimiento. El Departamento de Energía de EE. UU. determinará el ganador, que recibirá un premio en efectivo de $1 millón.

Los competidores pueden aprovechar la experiencia de la industria, acceder a capital privado y obtener tutoría y apoyo a través de American-Made Network, un grupo de laboratorios nacionales, incubadoras, inversionistas y expertos de la industria. La red también brinda acceso a capacidades locales que ayudarán a acelerar el desarrollo de sus prototipos de sistemas de desalinización.

De 162 solicitantes, 19 cuartofinalistas de 12 estados fueron seleccionados para avanzar a la segunda fase de la competencia. Fueron anunciados el 19 de octubre de 2020. Son:

Almacenamiento de calor para desalinización solar de 24 horas Ubicación: Arcadia, CAResumen del proyecto: Element 16 es una pequeña empresa que desarrolla una tecnología de almacenamiento de energía térmica (TES) a base de azufre para generar vapor a baja presión para la desalinización. El azufre tiene un punto de fusión bajo (105° Celsius) y un bajo costo ($80/tonelada). Mediante el uso de materiales de contención de menor costo, este proyecto tiene como objetivo reducir el costo de los TES de azufre a menos de $15/por kilovatio térmico y reducir los costos del intercambiador de calor, para lograr un costo nivelado del agua por debajo de $0,50 por metro cúbico (m3).

Evaporación solar térmica mejorada Ubicación: Minneapolis, MNResumen del proyecto: Investigadores de la Universidad de Minnesota proponen un sistema de desalinización por humidificación y deshumidificación que manejará salmuera de pequeño volumen de instalaciones industriales que realizan trabajos como galvanoplastia, que recubre superficies metálicas, teñido y minería. Este proyecto utilizará grandes ventiladores, evaporadores y sistemas de condensación accionados por bombas de calor para gestionar la salmuera mezclada con metales industriales. El equipo planea obtener evaporadores y ventiladores de flujo forzado de manera industrial para lograr un costo nivelado de agua que no supere $1/m3.

NoAir: destilación de nanomembranas con espacio de vacío superior Ubicación: Gainesville, FLResumen del proyecto: este equipo, dirigido por la pequeña empresa Focused Sun, propone un sistema de colector solar lineal de Fresnel que generará vapor para un proceso llamado compresión térmica de vapor (TVC) para proporcionar energía de bombeo para el sistema. La salmuera será precalentada por un sistema de desalinización por membrana (MD), que luego se alimenta con salmuera del sistema TVC para seguir desalinizando y recuperando agua. Este sistema MD-TVC podría alcanzar una alta eficiencia energética a baja presión y ser utilizado para tratar el agua producida a partir de la extracción de petróleo y gas, sin aporte eléctrico.

TSSE Desalinización de Salmueras Hipersalinas Ubicación: Santa Bárbara, CAResumen del proyecto: un equipo dirigido por la Universidad de Columbia propone una técnica de desalinización que utiliza un solvente que, cuando se calienta, atrae la salmuera en el agua de alta salinidad, separándola del agua dulce. El aumento de la temperatura del agua de alimentación hará que el agua limpia flote sobre el solvente, lo que permitirá la reutilización del solvente en ciclos posteriores. Este método tiene el potencial de ser muy eficiente térmicamente porque no requiere evaporación ni condensación, a diferencia de los sistemas de desalinización convencionales.

Tecnología ZLD basada en sorción Ubicación: Houghton, MIResumen del proyecto: un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, la Universidad Tecnológica de Michigan y la empresa Artic Solar propone agregar un sistema de adsorción-desorción a un sistema de desalinización de efecto múltiple (MED) para lograr una descarga de líquido cero ( ZLD). Han identificado un líquido que podría extraer todo el volumen de vapor de agua de la suspensión de salmuera de un sistema MED, lo que permite un tratamiento ZLD modular y energéticamente eficiente.

Tratamiento portátil de aguas residuales de petróleo/gas con ZLD Ubicación: Corvallis, ORResumen del proyecto: un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Oregón y la Universidad Estatal de Michigan planea avanzar en un proceso de humidificación y deshumidificación que puede recuperar agua limpia del agua producida por la extracción de petróleo y gas. Un separador ciclónico novedoso, que se puede diseñar fácilmente a pequeña escala para que sea portátil, separa la sal del aire húmedo y permite el proceso. Al separar el aire húmedo de las partículas sólidas de sal, esta tecnología podría ser un método rentable para lograr una descarga de líquido cero (ZLD). El equipo tiene la intención de demostrar su sistema con salmueras de agua producida real integradas con energía solar térmica y escaladas hasta 250 kilogramos por hora.

Ósmosis directa: biomimética en el trabajo Ubicación: Rohnert Park, CAPResumen del proyecto: este equipo de investigadores del Laboratorio de Energía Natural de Hawái y Trevi Systems, una pequeña empresa que desarrolla una nueva tecnología de desalinización por ósmosis directa (FO), propone construir un sistema de FO de 500 m3/día con colectores solares como una fuente de calor El equipo avanzará en su solución de extracción de FO aumentando significativamente el rendimiento y reduciendo los requisitos de energía del sistema.

STREED – Desalinización por intercambio de energía resonante Ubicación: Houston, TXResumen del proyecto: un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Rice ha desarrollado prototipos de una tecnología de destilación de membrana calentada por energía solar de alta eficiencia y bajo mantenimiento basada en nanopartículas. El equipo planea desarrollar un diseño de sistema comercializable que utilice una arquitectura en espiral para minimizar el espacio físico de la planta.

Destilador de adsorción multiefecto de descarga cero Ubicación: Trenton, NJResumen del proyecto: GreenBlu desarrollará un prototipo de planta completa de un sistema de desalinización solar térmica sin descarga de líquido con recuperación de minerales utilizando su tecnología de destilación por adsorción de efectos múltiples. El concepto tiene el potencial de ser mucho más eficiente térmicamente y requiere una operación y un mantenimiento más simples, en relación con la tecnología de destilación convencional.

Desaladora evaporativa termosolar económica modular Ubicación: Andover, MAPResumen del proyecto: Physical Sciences, Inc. propone integrar un receptor solar de baja concentración con un evaporador flash de varias etapas en un solo dispositivo para reducir el costo de capital. El evaporador destila agua de manera eficiente combinando numerosas etapas de destilación para que cada una utilice la salida de calor de la etapa anterior. El evaporador opera a baja temperatura, lo que permite el uso de ópticas cilíndricas de bajo costo. El equipo tiene la intención de construir un dispositivo flash multietapa de 20 etapas dentro de un receptor de tubo cilíndrico para producir 100 m3/día de agua desalinizada.

Solar Aqua Flex: Destilador solar fuera de la red Ubicación: Nashville, TNResumen del proyecto: Este equipo, dirigido por investigadores de la Universidad de Vanderbilt, desarrollará un sistema de destilación por membrana de varias etapas hecho de "esteras" flotantes, flexibles y en capas para desalinizar el agua. El tapete tiene una capa superior no porosa que absorbe el calor; una capa de agua que se evapora; una capa de destilado donde termina el vapor después de pasar a través de una membrana para condensarse; una capa de agua de alimentación; y una capa conductora que calienta el agua de alimentación. Este concepto tiene el potencial de ser modular y portátil, con una mayor producción que los sistemas existentes similares.

Concentración de salmuera con precipitados de sal administrados Ubicación: Hopewell, NJResumen del proyecto: este equipo, dirigido por AIL Research, ha propuesto un sistema de desalinización por membrana capaz de manejar agua de muy alta salinidad y utilizar el calor recuperado para precalentar la alimentación de salmuera. La membrana no tendrá que ser resistente a la corrosión porque los iones que precipitan rápidamente, como el magnesio y el calcio, pueden sobresaturarse y cristalizarse en un tanque de salmuera sobre la membrana. La gestión de la precipitación de sal y el uso del calor recuperado permite una mayor recuperación de agua de las salmueras de alta salinidad.

Edificio Urban Solar-Desal Ubicación: College Park, MDResumen del proyecto: Un equipo dirigido por el Centro de Ingeniería Ambiental Energética de la Universidad de Maryland desarrollará un sistema de desalinización vertical integrado en edificios para áreas urbanas. Los colectores solares térmicos serán la fuente de energía para calentar las membranas de vacío de varias etapas en el sistema. Este concepto tiene el potencial de descentralizar la desalinización en el punto de uso.

Destilación por membrana con membranas cerámicas Ubicación: Storrs, CT Resumen del proyecto: este equipo, dirigido por investigadores de la Universidad de Connecticut, integrará una tecnología de membrana cerámica recientemente desarrollada y financiada por SETO con un sistema de colector solar para tratar salmueras de alta salinidad o químicamente complejas. Las membranas cerámicas brindan estabilidad térmica y química que les permite procesar aguas salinas desafiantes.

Imitando el ciclo de la lluvia usando perlas líquidas viajeras Ubicación: Los Ángeles, CAResumen del proyecto: este equipo, dirigido por investigadores de la Universidad de California, Los Ángeles, está desarrollando un proceso de humidificación y deshumidificación que reduce el costo de fabricación de componentes de gran superficie. Mediante el uso de arquitecturas de cadena de polímeros de bajo costo en el proceso de deshumidificación, el equipo espera una desalinización rentable y energéticamente eficiente del agua de alta salinidad.

Extracción de agua con solvente conmutable de salmuera Ubicación: Rohnert Park, CAPResumen del proyecto: un equipo que incluye investigadores del Laboratorio Nacional de Idaho y Trevi Systems está desarrollando un proceso de extracción líquido/líquido con energía solar térmica que elimina iones "duros", como calcio y magnesio, en salmuera alimentada a ósmosis inversa , un proceso de desalinización convencional. Este método podría mejorar la eficiencia de la ósmosis inversa al permitir que el proceso funcione en condiciones de entrada de salmuera más amplias y al requerir menos mantenimiento para eliminar las incrustaciones causadas por iones duros.

X-VAP: destilación autónoma Ubicación: Houston, TXResumen del proyecto: Katz Water Technologies está rediseñando su sistema de destilación compacto y autónomo para usar energía solar térmica en lugar de gas natural. El sistema destila y separa el agua purificada en un intercambiador de calor de circuito cerrado. La tecnología tiene el potencial de ser un sistema modular y portátil que puede suministrar agua dulce donde sea necesario.

Tecnología LTDis de CCR Ubicación: Frisco, TXResumen del proyecto: Crystal Clearwater Resources está desarrollando su tecnología de evaporador "LTDis", que puede usar el calor solar para tratar flujos de desechos desafiantes y lograr una descarga de líquido cero. El concepto utiliza una cámara de evaporación y condensación basada en spray para reemplazar las etapas con tubos (superficies utilizadas para la condensación y la evaporación) en las plantas desaladoras convencionales de efecto múltiple. La evaporación directa y la condensación de los aerosoles en las cámaras de vacío eliminan los problemas de corrosión y reducen el tamaño y el costo de los recipientes.

Desalinización de agua 100% solar transcrítica Ubicación: Pittsburgh, PAResumen del proyecto: Epiphany Solar Water Systems ha desarrollado una unidad de cristalización y desalinización de agua que utiliza energía solar térmica para desalinizar el agua aumentando la temperatura y la presión lo suficiente como para hacer que el agua pase a una fase supercrítica, en la que la sal no disolver. El sistema totalmente integrado utilizará colectores solares para proporcionar calor, recuperación de calor del destilado de agua supercrítica para mejorar la eficiencia y cristalizadores para separar las sales del destilado. Esta tecnología tiene el potencial de ser más eficiente térmicamente que las técnicas de destilación convencionales.

El Premio de Desalinización Solar es administrado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable y es parte de los Desafíos Hechos en los Estados Unidos.

Fuente: Oficina de Eficiencia Energética y Energía Renovable del Departamento de Energía de los Estados Unidos

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