Basada en los antecedentes de sus socios TOP y en los objetivos de Sol2H2O para la mejora de WIDENING, la Actividad de Investigación Conjunta (JRA) tiene como objetivo el diseño y la construcción, en la RI de Widening, de un innovador piloto de generación y tratamiento de agua accionado por energía solar. Se propone un esquema híbrido original alimentado por energía solar para garantizar la sostenibilidad del proceso global, maximizar la producción de agua dulce y acercarse al vertido cero de líquidos (ZLD), ya que no se rechazará ninguna salmuera.
Este piloto pretende superar los índices de recuperación más avanzados: >80% (frente a aprox. 50%). La cadena de tratamiento, representada en la Figura 1, consta de: (i) paneles fotovoltaicos (PV) y ósmosis inversa (RO), (ii) reactor de flujo tipo pistón de alimentación múltiple (MF-PFR), (iii) destilación por membrana (MD) y (iv) dos estanques solares. El agua de mar se envía a la unidad de ósmosis inversa, alimentada por la energía eléctrica producida por los paneles fotovoltaicos, y produce dos flujos: un permeado (agua de alta calidad para uso industrial y potable) y un concentrado (es decir, la salmuera) enriquecido en todos los iones presentes en el agua de mar. El concentrado se envía a la unidad MF-PFR para la recuperación selectiva de magnesio y para la eliminación de calcio en forma de hidróxidos. La recuperación/eliminación del magnesio y del calcio se lleva a cabo mediante una precipitación química fraccionada añadiendo un reactivo alcalino, como una solución acuosa de hidróxido de sodio. El doble paso de la recuperación selectiva se realiza mediante un control preciso del pH de la reacción, ya que se requiere un valor de pH de 10,4 para la precipitación completa del hidróxido de magnesio con alta pureza y un pH superior a 13 para la eliminación completa del calcio. La recuperación de hidróxido de magnesio de gran pureza se considera un producto de alto valor añadido que contribuye a rentabilizar la cadena de tratamiento.
Mientras tanto, la eliminación del calcio es crucial para evitar la precipitación de sales, como el sulfato de calcio, en la unidad MD. La capacidad de la unidad piloto MF-PFR es de aproximadamente 1 m3/día de salmuera tratada. Posteriormente, el efluente producido por la MF-PFR se envía a la unidad MD, que genera dos corrientes diferentes, una es un destilado y la otra es un concentrado, cuya concentración puede alcanzar unas 250.000 ppm. Esta salmuera altamente concentrada que sale de MD se envía a una primera balsa solar (Balsa Solar 1) que produce NaCl de grado alimentario (pureza superior al 97%) y una salmuera restante empobrecida en NaCl. La salmuera restante se envía al último estanque (Solar Pond 2) para la evaporación completa del agua precipitando una mezcla de sales de cloruro y sulfato, que pueden utilizarse para deshielo. Gracias al uso de las dos balsas solares, toda la cadena de tratamiento cumple el concepto de vertido cero de líquidos, ya que no se producen efluentes que luego se vierten al medio ambiente. Además, y partiendo del reactor solar de fotocatálisis existente en la RI de Widening, se ensayarán nuevas mejoras sobre conceptos abiertos para los fotorreactores. La JRA sirve de «banco de pruebas» para la aplicación de las medidas de apoyo previstas en Sol2H2O.
Dirigida por el ITC, esta tarea tiene como objetivo desarrollar los conocimientos básicos para el posterior desarrollo de la investigación de vanguardia en los campos de la producción de agua impulsada por energía solar y el vertido cero de líquidos para lograr una cadena integrada y sostenible de tratamiento del agua de mar para la producción de agua dulce y materias primas. Mediante el suministro de calor y electricidad a partir de energía solar como fuente de energía para la producción de agua, la tecnología se centra en: – Destilación por membranas con cámara de aire mejorada por vacío para la producción de agua dulce a partir de salmueras y su acoplamiento con la energía térmica solar en condiciones dinámicas; – Procesos de tratamiento de salmueras para la recuperación de materias primas y la descarga líquida cero (por ejemplo, cristalización reactiva para la recuperación de hidróxidos de magnesio y calcio, y evaporación solar para la producción de cloruro sódico); e incluye una evaluación técnico-económica de estos enfoques tecnológicos, que se describe en D2.1. Esta tarea fundamenta el desarrollo de 1 Tesis Doctoral prevista en el Mecanismo de Doctorado solicitado.
Liderada por CIEMAT, esta tarea se centrará en el diseño y construcción de nuevos conceptos de fotorreactores solares para diferentes aplicaciones, aguas residuales industriales y urbanas y desinfección con fines de reutilización (principalmente en actividades agrícolas). Las dos principales líneas de investigación que se abordarán en coordinación con el socio de ampliación son: – Mejora y optimización de los fotorreactores, como el diámetro del tubo absorbedor del CPC o el mecanismo de agitación en los reactores de estanque con canal de rodadura (RPR), para adaptarse mejor al proceso de oxidación avanzada a aplicar, a las características brutas del agua residual a tratar y a la calidad del agua requerida en función de los objetivos finales de reutilización; – combinación con sistemas fotovoltaicos para el suministro de energía renovable a las partes eléctricas de los fotorreactores solares. Esta tarea contribuirá a parte de 1 Tesis Doctoral.
Con el objetivo de desarrollar actividades y servicios de I+D a distancia en la RI Widening, esta tarea implica el diseño, instalación y puesta en marcha de un servidor de datos para la monitorización, procesamiento y acceso remoto de datos experimentales. Abarcando la monitorización de los diferentes parámetros bajo control en los diferentes activos de la instalación, este sistema de servidor garantizará el procesamiento y la copia de seguridad de los datos, aplicando la gestión de datos de investigación FAIR (localizables, accesibles, interoperables y reutilizables), proporcionando una seguridad de datos adecuada (incluida la recuperación de datos), implementada de este modo dentro de un Plan de Gestión de Datos. Esto permitirá un control total sobre los datos de la infraestructura (en la política de gestión integrada de activos de la División de TI de UEvora), sus interfaces para compartir, minimizando al mismo tiempo los costes de conservación y almacenamiento/preservación. Para la comunicación con este servidor, se adaptarán todos los activos existentes con el fin de garantizar la transmisión segura y fiable de datos sobre su estado, alarmas, funcionamiento y rendimiento, etc. El desarrollo de esta tarea se recoge en el Entregable D2.2 (diseño y puesta en servicio).