US-Energieministerium gibt Viertelfinalisten des 9-Millionen-Dollar-Preises für solare Entsalzung bekannt

Gepostet am 19. Oktober 2020Autor

BILD@DOE

Der „American-Made Challenges: Solar Desalination Prize“ ist ein vierstufiger Wettbewerb mit einem Preisgeld von 9 Millionen US-Dollar und einer zusätzlichen Unterstützung von 1 Million US-Dollar, der darauf abzielt, die Entwicklung kostengünstiger Entsalzungssysteme zu beschleunigen, die solarthermische Energie zur Erzeugung von sauberem Wasser nutzen Salzwasser. Die Teilnehmer erhalten Geldpreise, wenn sie jede Phase des Wettbewerbs durchlaufen. Der Höhepunkt ist ein Hauptpreis in Höhe von 1 Million US-Dollar für die erfolgreiche Erprobung und Demonstration eines vielversprechenden Prototyps eines solarthermischen Entsalzungssystems.

Der Preis wurde am 23. September 2019 bekannt gegeben und am 28. April 2020 ins Leben gerufen. Teilnehmer können als Einzelpersonen oder Teams am Wettbewerb teilnehmen, aber alle Teilnehmer, die über die erste Stufe hinauskommen, müssen Teams bilden. Zu den Wettbewerbern können private Unternehmen, gemeinnützige Organisationen, akademische Einrichtungen, Studenten und Forscher der National Laboratories gehören.

Um am Wettbewerb teilzunehmen, müssen die Teilnehmer ihre Ideen für eine solarthermische Entsalzungskomponente oder einen Systemprototyp sowie einen Weg zur Kommerzialisierung einreichen. Wenn ihre Ideen ausgewählt werden, erhalten die Teilnehmer 50.000 US-Dollar in bar, gehen in die zweite Phase, um ein Team zu bilden und Pläne für ein voll funktionsfähiges solarthermisches Entsalzungssystem zu verfeinern.

Die für die dritte Phase ausgewählten Teams erhalten 250.000 US-Dollar in bar und einen Gutschein im Wert von 100.000 US-Dollar, der bei einem National Laboratory und/oder qualifizierten Partnereinrichtungen zur Entwicklung ihrer Systeme eingelöst werden kann. Während sie in der dritten Phase die detaillierten Entwürfe ihrer Systeme fertigstellen, müssen die Teams auch die für den Bau erforderlichen Genehmigungs- und Genehmigungsdokumente einholen.

Teams, die für die vierte und letzte Phase des Wettbewerbs ausgewählt wurden, erhalten einen Geldpreis von 750.000 US-Dollar und einen weiteren Gutschein im Wert von 100.000 US-Dollar. Diese Teams werden dann ihre Systeme aufbauen, ihren Betrieb demonstrieren und wichtige Leistungsmetriken validieren. Das US-Energieministerium wird den Gewinner ermitteln, der einen Geldpreis von 1 Million US-Dollar erhält.

Wettbewerber können Branchenexpertise nutzen, auf privates Kapital zugreifen und Mentoring und Unterstützung über das American-Made Network, eine Gruppe nationaler Laboratorien, Gründerzentren, Investoren und Branchenexperten, erhalten. Das Netzwerk bietet außerdem Zugang zu lokalen Kapazitäten, die dazu beitragen werden, die Entwicklung ihrer Prototypen für Entsalzungssysteme zu beschleunigen.

Aus 162 Bewerbern wurden 19 Viertelfinalisten aus 12 Staaten ausgewählt, um in die zweite Phase des Wettbewerbs aufzusteigen. Sie wurden am 19. Oktober 2020 bekannt gegeben. Es handelt sich um:

Wärmespeicher für 24-Stunden-Solarentsalzung Standort: Arcadia, Kalifornien, Projektzusammenfassung: Element 16 ist ein kleines Unternehmen, das eine schwefelbasierte thermische Energiespeichertechnologie (TES) entwickelt, um Niederdruckdampf für die Entsalzung zu erzeugen. Schwefel hat einen niedrigen Schmelzpunkt (105° Celsius) und ist kostengünstig (80 $/Tonne). Durch die Verwendung kostengünstigerer Eindämmungsmaterialien zielt dieses Projekt darauf ab, die Schwefel-TES-Kosten auf unter 15 US-Dollar pro Kilowattwärme zu senken und die Kosten für Wärmetauscher zu senken, um ausgeglichene Wasserkosten unter 0,50 US-Dollar pro Kubikmeter (m3) zu erreichen.

Solarthermische verbesserte Verdunstung Ort: Minneapolis, MNProjektzusammenfassung: Forscher der University of Minnesota schlagen ein Befeuchtungs-Entfeuchtungs-Entsalzungssystem vor, das kleine Mengen Sole aus Industrieanlagen verarbeiten kann, die Arbeiten wie Galvanisieren, das Metall auf Oberflächen aufträgt, Färben und Bergbau durchführen. Bei diesem Projekt werden große Ventilatoren, Verdampfer und wärmepumpenbetriebene Kondensationssysteme eingesetzt, um mit Industriemetallen vermischte Sole zu verwalten. Das Team plant, Zwangsflussverdampfer und Ventilatoren industriell zu beschaffen, um die Wasserkosten auf höchstens 1 USD/m3 zu senken.

NoAir: Super-Vakuum-Gap-Nanomembran-Destillation Standort: Gainesville, FLProjektzusammenfassung: Dieses Team unter der Leitung des kleinen Unternehmens Focused Sun schlägt ein lineares Fresnel-Solarkollektorsystem vor, das Dampf für einen Prozess namens thermische Dampfkompression (TVC) erzeugt, um Pumpleistung für das System bereitzustellen. Die Sole wird durch ein Membranentsalzungssystem (MD) vorgewärmt und dann mit Sole aus dem TVC-System gespeist, um das Wasser weiter zu entsalzen und zurückzugewinnen. Dieses MD-TVC-System könnte eine hohe Energieeffizienz bei niedrigem Druck erreichen und zur Aufbereitung von Wasser aus der Öl- und Gasförderung ohne Stromaufwand eingesetzt werden.

TSSE-Entsalzung von hypersaliner Sole Ort: Santa Barbara, CAProjektzusammenfassung: Ein von der Columbia University geleitetes Team schlägt eine Entsalzungstechnik vor, bei der ein Lösungsmittel verwendet wird, das beim Erhitzen Sole in stark salzhaltigem Wasser anzieht und es vom Süßwasser trennt. Durch die Erhöhung der Temperatur des Speisewassers schwimmt das saubere Wasser über dem Lösungsmittel und ermöglicht so die Wiederverwendung des Lösungsmittels in nachfolgenden Zyklen. Diese Methode hat das Potenzial, sehr thermisch effizient zu sein, da sie im Gegensatz zu herkömmlichen Entsalzungssystemen keine Verdunstung und Kondensation erfordert

Sorptionsbasierte ZLD-Technologie Ort: Houghton, MIProjektzusammenfassung: Ein Forscherteam des Oak Ridge National Laboratory, der Michigan Technological University und des Unternehmens Artic Solar schlägt vor, ein Adsorptions-Desorptionssystem zu einem Mehrfacheffekt-Entsalzungssystem (MED) hinzuzufügen, um einen Flüssigkeitsausstoß von Null zu erreichen ( ZLD). Sie haben eine Flüssigkeit identifiziert, die der Soleaufschlämmung eines MED-Systems das gesamte Wasserdampfvolumen entziehen kann und so eine energieeffiziente, modulare ZLD-Behandlung ermöglicht

Tragbare Behandlung von Öl-/Gasabwässern mit ZLD Ort: Corvallis, ORProjektzusammenfassung: Ein Forscherteam der Oregon State University und der Michigan State University plant, einen Befeuchtungs-Entfeuchtungsprozess voranzutreiben, mit dem sauberes Wasser aus Wasser gewonnen werden kann, das bei der Öl- und Gasförderung entsteht. Ein neuartiger Zyklonabscheider, der leicht in kleinem Maßstab für den Transport konzipiert werden kann, trennt Salz aus feuchter Luft und ermöglicht den Prozess. Durch die Trennung feuchter Luft von festen Salzpartikeln könnte diese Technologie eine kostengünstige Methode sein, um eine Null-Flüssigkeits-Entladung (ZLD) zu erreichen. Das Team beabsichtigt, sein System mit echten produzierten Wassersolen zu demonstrieren, die mit solarthermischer Energie kombiniert und auf 250 Kilogramm pro Stunde skaliert sind.

Vorwärtsosmose – Biomimikry am Werk Ort: Rohnert Park, CAProjektzusammenfassung: Dieses Forscherteam des Natural Energy Laboratory of Hawaii und Trevi Systems, einem kleinen Unternehmen, das neuartige Vorwärtsosmose-Entsalzungstechnologie (FO) entwickelt, schlägt den Bau eines FO-Systems mit einer Kapazität von 500 m3/Tag und Solarkollektoren vor eine Wärmequelle. Das Team wird seine FO-Draw-Lösung weiterentwickeln, indem es den Durchsatz deutlich steigert und den Energiebedarf des Systems senkt.

STREED – Entsalzung durch resonanten Energieaustausch Ort: Houston, TXProjektzusammenfassung: Ein Team unter der Leitung von Forschern der Rice University hat Prototypen einer hocheffizienten, wartungsarmen, solarbeheizten Membrandestillationstechnologie auf Nanopartikelbasis entwickelt. Das Team plant die Entwicklung eines kommerziell nutzbaren Systemdesigns, das eine Spiralarchitektur verwendet, um den physischen Platzbedarf der Anlage zu minimieren.

Multi-Effekt-Adsorptionsdestilliergerät ohne Entladung Standort: Trenton, NJProjektzusammenfassung: GreenBlu wird einen vollständigen Anlagenprototyp eines solarthermischen Entsalzungssystems ohne Flüssigkeitsentladung mit Mineralrückgewinnung unter Verwendung seiner Multieffekt-Adsorptionsdestillationstechnologie entwickeln. Das Konzept hat das Potenzial, im Vergleich zur herkömmlichen Destillationstechnologie thermisch wesentlich effizienter zu sein und einen einfacheren Betrieb und eine einfachere Wartung zu erfordern.

Modulare, kostengünstige solarthermische Verdunstungsentsalzung Ort: Andover, MAProjektzusammenfassung: Physical Sciences, Inc. schlägt vor, einen Solarreceiver mit niedriger Konzentration und einen mehrstufigen Flash-Verdampfer in einem Gerät zu integrieren, um die Kapitalkosten zu senken. Der Verdampfer destilliert Wasser effizient, indem er zahlreiche Destillationsstufen kombiniert, sodass jede einzelne die Wärmeabgabe der vorherigen Stufe nutzt. Der Verdampfer arbeitet bei niedriger Temperatur, was den Einsatz kostengünstiger zylindrischer Optiken ermöglicht. Das Team beabsichtigt, eine 20-stufige mehrstufige Flash-Vorrichtung in einem zylindrischen Rohrreceiver zu bauen, um 100 m3/Tag entsalztes Wasser zu produzieren.

Solar Aqua Flex: Off-Grid-Solar-Destillierapparat Ort: Nashville, TNProjektzusammenfassung: Dieses Team unter der Leitung von Forschern der Vanderbilt University wird ein mehrstufiges Membrandestillationssystem aus schwimmenden, flexiblen, geschichteten „Matten“ entwickeln, um Wasser zu entsalzen. Die Matte verfügt über eine porenfreie, wärmeabsorbierende Oberschicht; eine Wasserschicht, die verdunstet; eine Destillatschicht, in der der Dampf landet, nachdem er sich durch eine Membran bewegt hat, um zu kondensieren; eine Speisewasserschicht; und eine leitfähige Schicht, die das Speisewasser erwärmt. Dieses Konzept hat das Potenzial, modular und tragbar zu sein und eine höhere Produktion als vergleichbare bestehende Systeme zu ermöglichen.

Solekonzentration mit verwalteten Salzniederschlägen Standort: Hopewell, NJProjektzusammenfassung: Dieses Team unter der Leitung von AIL Research hat ein Membranentsalzungssystem vorgeschlagen, das in der Lage ist, Wasser mit sehr hohem Salzgehalt zu verarbeiten und die zurückgewonnene Wärme zum Vorheizen der Solezufuhr zu nutzen. Die Membran muss nicht korrosionsbeständig sein, da leicht ausfallende Ionen wie Magnesium und Kalzium in einem Soletank über der Membran übersättigen und kristallisieren können. Die Verwaltung der Salzausfällung und die Nutzung der rückgewonnenen Wärme ermöglichen eine bessere Wasserrückgewinnung aus Salzlaken mit hohem Salzgehalt.

Städtisches Solar-Desal-Gebäude Ort: College Park, MDProjektzusammenfassung: Ein Team unter der Leitung des Center for Energy Environmental Engineering der University of Maryland wird ein vertikales, gebäudeintegriertes Entsalzungssystem für städtische Gebiete entwickeln. Als Energiequelle für die Beheizung der mehrstufigen Vakuummembranen im System werden solarthermische Kollektoren dienen. Dieses Konzept hat das Potenzial, die Entsalzung am Einsatzort zu dezentralisieren.

Membrandestillation mit Keramikmembranen Ort: Storrs, CTProjektzusammenfassung: Dieses Team unter der Leitung von Forschern der University of Connecticut wird eine von SETO finanzierte, neu entwickelte Keramikmembrantechnologie in ein Solarkollektorsystem integrieren, um hochsalzhaltige oder chemisch komplexe Solen zu behandeln. Die Keramikmembranen bieten thermische und chemische Stabilität, die es ihnen ermöglichen, schwierige Salzwässer zu verarbeiten.

Nachahmung des Regenzyklus mit beweglichen Flüssigkeitsperlen Ort: Los Angeles, CAProjektzusammenfassung: Dieses Team unter der Leitung von Forschern der University of California, Los Angeles, entwickelt einen Befeuchtungs-Entfeuchtungsprozess, der die Kosten für die Herstellung von Komponenten mit großer Oberfläche senkt. Durch den Einsatz kostengünstiger Polymerstrangarchitekturen im Entfeuchtungsprozess erwartet das Team eine kostengünstige und energieeffiziente Entsalzung von Wasser mit hohem Salzgehalt.

Umschaltbare Lösungsmittel-Wasser-Extraktion aus Sole Ort: Rohnert Park, CAProjektzusammenfassung: Ein Team bestehend aus Forschern des Idaho National Laboratory und von Trevi Systems entwickelt einen solarthermisch betriebenen Flüssig/Flüssigkeit-Extraktionsprozess, der „harte“ Ionen wie Kalzium und Magnesium aus der zur Umkehrosmose zugeführten Sole entfernt , ein herkömmliches Entsalzungsverfahren. Diese Methode könnte die Effizienz der Umkehrosmose verbessern, indem sie ermöglicht, dass der Prozess über breitere Solezufuhrbedingungen läuft und weniger Wartung erfordert, um die durch harte Ionen verursachten Ablagerungen zu entfernen.

X-VAP: Eigenständige Destillation Ort: Houston, TXProjektzusammenfassung: Katz Water Technologies gestaltet sein eigenständiges, kompaktes Destillationssystem neu, um solarthermische Energie anstelle von Erdgas zu nutzen. Das System destilliert und trennt gereinigtes Wasser in einem geschlossenen Wärmetauscher. Die Technologie hat das Potenzial, ein modulares, tragbares System zu sein, das bei Bedarf Frischwasser liefern kann.

Die LTDis-Technologie von CCR Standort: Frisco, TXProjektzusammenfassung: Crystal Clearwater Resources entwickelt seine „LTDis“-Verdampfertechnologie, die Solarwärme nutzen kann, um anspruchsvolle Abfallströme zu behandeln und eine Flüssigkeitsabgabe ohne Flüssigkeit zu erreichen. Das Konzept verwendet eine sprühbasierte Verdampfungs- und Kondensationskammer, um die Stufen durch Rohre (Oberflächen zur Kondensation und Verdunstung) in herkömmlichen Mehreffekt-Entsalzungsanlagen zu ersetzen. Die direkte Verdampfung und Kondensation von Sprays in Vakuumkammern beseitigt Korrosionsprobleme und reduziert die Größe und Kosten der Behälter.

100 % solare transkritische Wasserentsalzung Standort: Pittsburgh, PAProjektzusammenfassung: Epiphany Solar Water Systems hat eine Wasserentsalzungs- und Kristallisationseinheit entwickelt, die solarthermische Energie nutzt, um Wasser zu entsalzen, indem die Temperatur und der Druck ausreichend erhöht werden, um den Übergang des Wassers in eine überkritische Phase zu bewirken, in der Salz dies nicht tut sich auflösen. Das vollständig integrierte System nutzt Solarkollektoren zur Wärmebereitstellung, Wärmerückgewinnung aus dem überkritischen Wasserdestillat zur Verbesserung der Effizienz und Kristallisatoren zur Abtrennung von Salzen aus dem Destillat. Diese Technologie hat das Potenzial, thermisch effizienter zu sein als herkömmliche Destillationstechniken.

Der Solar Desalination Prize wird vom National Renewable Energy Laboratory verwaltet und ist Teil der American-Made Challenges.

Quelle: Büro für Energieeffizienz und erneuerbare Energien des US-Energieministeriums

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KategorienCSP-Kurznachrichten