Le DOE américain annonce les quarts de finale du prix de 9 millions de dollars pour le dessalement solaire

Publié le19 octobre 2020Auteur

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L'American-Made Challenges: Solar Desalination Prize est un concours en quatre étapes de 9 millions de dollars, offrant un soutien supplémentaire de 1 million de dollars, conçu pour accélérer le développement de systèmes de dessalement à faible coût qui utilisent l'énergie solaire thermique pour produire de l'eau propre à partir d'eau salée. Les concurrents recevront des prix en espèces au fur et à mesure de leur progression dans chaque étape du concours, culminant avec un grand prix de 1 million de dollars pour le test et la démonstration réussis d'un prototype prometteur de système de dessalement solaire-thermique.

Le prix a été annoncé le 23 septembre 2019 et lancé le 28 avril 2020. Les participants peuvent participer au concours en tant qu'individus ou équipes, mais tous les concurrents qui progressent au-delà de la première étape doivent former des équipes. Les concurrents peuvent inclure des entreprises privées, des organisations à but non lucratif, des établissements universitaires, des étudiants et des chercheurs des laboratoires nationaux.

Pour participer au concours, les participants doivent soumettre leurs idées pour un composant ou un prototype de système de dessalement solaire-thermique, ainsi qu'une voie vers la commercialisation. Si leurs idées sont sélectionnées, les concurrents recevront 50 000 $ en espèces, passeront à la deuxième phase pour former une équipe et peaufiner les plans d'un système de dessalement solaire-thermique pleinement opérationnel.

Les équipes sélectionnées pour passer à la troisième phase recevront 250 000 $ en espèces et un bon de 100 000 $ pouvant être échangé dans un laboratoire national et/ou des installations partenaires qualifiées pour concevoir leurs systèmes. Pendant qu'ils terminent la conception détaillée de leurs systèmes dans la troisième phase, les équipes doivent également obtenir les documents d'autorisation et d'approbation nécessaires pour les construire.

Les équipes sélectionnées pour passer à la quatrième et dernière phase du concours recevront un prix en espèces de 750 000 $ et un autre bon de 100 000 $. Ces équipes construiront ensuite leurs systèmes, démontreront leur fonctionnement et valideront les indicateurs de performance clés. Le département américain de l'énergie déterminera le gagnant, qui recevra un prix en espèces de 1 million de dollars.

Les concurrents peuvent tirer parti de l'expertise de l'industrie, accéder à des capitaux privés et obtenir un mentorat et un soutien via l'American-Made Network, un groupe de laboratoires nationaux, d'incubateurs, d'investisseurs et d'experts de l'industrie. Le réseau donne également accès à des capacités locales qui aideront à accélérer le développement de leurs prototypes de système de dessalement.

Sur 162 candidats, 19 quarts de finalistes de 12 États ont été sélectionnés pour passer à la deuxième phase du concours. Ils ont été annoncés le 19 octobre 2020. Ce sont :

Stockage de chaleur pour un dessalement solaire 24h/24 Emplacement : Arcadia, CARésumé du projet : Element 16 est une petite entreprise qui développe une technologie de stockage d'énergie thermique (TES) à base de soufre pour générer de la vapeur à basse pression pour le dessalement. Le soufre a un point de fusion bas (105° Celsius) et un faible coût (80 $/tonne). En utilisant des matériaux de confinement à moindre coût, ce projet vise à réduire le coût du soufre TES à moins de 15 $/par kilowatt-thermique et à réduire les coûts des échangeurs de chaleur, pour atteindre un coût actualisé de l'eau inférieur à 0,50 $ par mètre cube (m3).

Évaporation thermique solaire améliorée Lieu : Minneapolis, MNRésumé du projet : des chercheurs de l'Université du Minnesota proposent un système de dessalement par humidification-déshumidification qui traitera la saumure de petit volume provenant d'installations industrielles qui effectuent des travaux tels que la galvanoplastie, qui enduit le métal sur les surfaces, la teinture et l'exploitation minière. Ce projet utilisera de grands ventilateurs, des évaporateurs et des systèmes de condensation entraînés par des pompes à chaleur pour gérer la saumure mélangée aux métaux industriels. L'équipe prévoit de se procurer industriellement des évaporateurs et des ventilateurs à flux forcé pour atteindre un coût actualisé de l'eau ne dépassant pas 1 $/m3.

NoAir : Distillation par nanomembrane à super-vide Gap Emplacement : Gainesville, FLRésumé du projet : Cette équipe, dirigée par la petite entreprise Focused Sun, propose un système de capteur solaire Fresnel linéaire qui générera de la vapeur pour un processus appelé compression de vapeur thermique (TVC) afin de fournir une puissance de pompage au système. La saumure sera préchauffée par un système de dessalement à membrane (MD), qui est ensuite alimenté en saumure du système TVC pour dessaler davantage et récupérer l'eau. Ce système MD-TVC pourrait atteindre une efficacité énergétique élevée à basse pression et être utilisé pour traiter l'eau produite à partir de l'extraction de pétrole et de gaz, sans apport d'électricité.

Dessalement TSSE des saumures hypersalines Lieu : Santa Barbara, CARésumé du projet : Une équipe dirigée par l'Université de Columbia propose une technique de dessalement utilisant un solvant qui, lorsqu'il est chauffé, attire la saumure dans l'eau à haute salinité, la séparant de l'eau douce. L'augmentation de la température de l'eau d'alimentation fera flotter l'eau propre au-dessus du solvant, permettant la réutilisation du solvant dans les cycles suivants. Cette méthode a le potentiel d'être très efficace thermiquement car elle ne nécessite pas d'évaporation et de condensation, contrairement aux systèmes de dessalement conventionnels

Technologie ZLD basée sur la sorption Lieu : Houghton, MIRésumé du projet : Une équipe de chercheurs du Laboratoire national d'Oak Ridge, de l'Université technologique du Michigan, et de la société Artic Solar propose d'ajouter un système d'adsorption-désorption à un système de dessalement à effets multiples (MED) pour atteindre zéro rejet liquide (ZLD). Ils ont identifié un liquide capable d'extraire tout le volume de vapeur d'eau de la suspension de saumure d'un système MED, permettant ainsi un traitement ZLD modulaire et économe en énergie.

Traitement portable des eaux usées de pétrole/gaz avec ZLD Emplacement : Corvallis, ORRésumé du projet : Une équipe de chercheurs de l'Oregon State University et de l'Université de l'État du Michigan prévoit de faire progresser un processus d'humidification-déshumidification qui peut récupérer de l'eau propre à partir de l'eau produite par l'extraction de pétrole et de gaz. Un nouveau séparateur à cyclone, qui peut être facilement conçu à petite échelle pour la portabilité, sépare le sel de l'air humide et permet le processus. En séparant l'air humide des particules solides de sel, cette technologie pourrait être une méthode rentable pour atteindre zéro rejet liquide (ZLD). L'équipe a l'intention de faire la démonstration de son système avec de véritables saumures d'eau produite intégrées à l'énergie solaire thermique et mises à l'échelle jusqu'à 250 kilogrammes par heure.

Osmose directe – Le biomimétisme au travail Emplacement : Rohnert Park, CARésumé du projet : Cette équipe de chercheurs du Laboratoire d'énergie naturelle d'Hawaï et de Trevi Systems, une petite entreprise développant une nouvelle technologie de dessalement par osmose directe (FO), propose de construire un système FO de 500 m3/jour avec des capteurs solaires comme source de chaleur. L'équipe fera progresser sa solution de tirage FO en augmentant considérablement le débit et en réduisant les besoins énergétiques du système.

STREED - Dessalement par échange d'énergie résonnant Emplacement : Houston, TXRésumé du projet : Une équipe dirigée par des chercheurs de l'Université Rice a développé des prototypes d'une technologie de distillation à membrane chauffée par l'énergie solaire à haut rendement et nécessitant peu d'entretien à base de nanoparticules. L'équipe prévoit de développer une conception de système commercialisable qui utilise une architecture enroulée en spirale pour minimiser l'empreinte physique de l'usine.

Distillateur d'adsorption multi-effets à zéro décharge Emplacement : Trenton, NJRésumé du projet : GreenBlu développera un prototype complet d'un système de dessalement solaire-thermique à rejet nul de liquide avec récupération des minéraux à l'aide de sa technologie de distillation par adsorption à effets multiples. Le concept a le potentiel d'être beaucoup plus efficace thermiquement et nécessite un fonctionnement et un entretien plus simples, par rapport à la technologie de distillation conventionnelle.

Dessalement par évaporation solaire-thermique modulaire peu coûteux Emplacement : Andover, MARésumé du projet : Physical Sciences, Inc. propose d'intégrer un récepteur solaire à faible concentration avec un évaporateur flash à plusieurs étages dans un seul appareil afin de réduire les coûts d'investissement. L'évaporateur distille efficacement l'eau en combinant de nombreuses étapes de distillation de sorte que chacune utilise la chaleur dégagée par l'étape précédente. L'évaporateur fonctionne à basse température, ce qui permet l'utilisation d'optiques cylindriques à faible coût. L'équipe a l'intention de construire un dispositif flash multi-étages à 20 étages à l'intérieur d'un tube récepteur cylindrique pour produire 100 m3/jour d'eau dessalée.

Solar Aqua Flex : distillateur solaire hors réseau Emplacement : Nashville, TNRésumé du projet : Cette équipe, dirigée par des chercheurs de l'Université Vanderbilt, développera un système de distillation membranaire à plusieurs étages constitué de "tapis" flottants, flexibles et stratifiés pour dessaler l'eau. Le tapis a une couche supérieure non poreuse absorbant la chaleur ; une couche d'eau qui s'évapore ; une couche de distillat où la vapeur se retrouve après avoir traversé une membrane pour se condenser ; une couche d'eau d'alimentation ; et une couche conductrice qui chauffe l'eau d'alimentation. Ce concept a le potentiel d'être modulaire et portable, avec une production plus élevée que les systèmes existants similaires.

Concentration de saumure avec des précipités de sel gérés Emplacement : Hopewell, NJRésumé du projet : Cette équipe, dirigée par AIL Research, a proposé un système de dessalement à membrane capable de traiter de l'eau à très haute salinité et d'utiliser la chaleur récupérée pour préchauffer l'alimentation en saumure. La membrane n'aura pas besoin d'être résistante à la corrosion car les ions qui précipitent facilement, tels que le magnésium et le calcium, peuvent sursaturer et cristalliser dans un réservoir de saumure au-dessus de la membrane. La gestion de la précipitation du sel et l'utilisation de la chaleur récupérée permettent une plus grande récupération de l'eau des saumures à haute salinité.

Bâtiment Urbain Solaire-Desal Emplacement : College Park, MDRésumé du projet : Une équipe dirigée par le Centre d'ingénierie énergétique et environnementale de l'Université du Maryland développera un système de dessalement vertical intégré au bâtiment pour les zones urbaines. Les capteurs solaires thermiques seront la source d'énergie pour chauffer les membranes sous vide à plusieurs étages dans le système. Ce concept a le potentiel de décentraliser le dessalement au point d'utilisation.

Distillation membranaire avec membranes céramiques Emplacement : Storrs, CTRésumé du projet : Cette équipe, dirigée par des chercheurs de l'Université du Connecticut, intégrera une technologie de membrane céramique nouvellement développée financée par SETO avec un système de capteur solaire pour traiter les saumures à haute salinité ou chimiquement complexes. Les membranes céramiques offrent une stabilité thermique et chimique qui leur permet de traiter des eaux salines difficiles.

Imitation du cycle de pluie à l'aide de perles liquides mobiles Lieu : Los Angeles, CARésumé du projet : Cette équipe, dirigée par des chercheurs de l'Université de Californie à Los Angeles, développe un procédé d'humidification-déshumidification qui réduit le coût de fabrication des composants à grande surface. En utilisant des architectures de chaînes de polymères à faible coût dans le processus de déshumidification, l'équipe s'attend à un dessalement rentable et économe en énergie de l'eau à haute salinité.

Extraction d'eau de solvant commutable de la saumure Emplacement : Rohnert Park, CARésumé du projet : Une équipe comprenant des chercheurs du Laboratoire national de l'Idaho et de Trevi Systems développe un procédé d'extraction liquide/liquide à énergie solaire thermique qui élimine les ions "durs", comme le calcium et le magnésium, dans une saumure alimentée par osmose inverse, un procédé de dessalement conventionnel. Cette méthode pourrait améliorer l'efficacité de l'osmose inverse en permettant au processus de fonctionner dans des conditions d'entrée de saumure plus larges et en nécessitant moins d'entretien pour éliminer le tartre causé par les ions durs.

X-VAP : distillation autonome Emplacement : Houston, TXRésumé du projet : Katz Water Technologies est en train de repenser son système de distillation compact et autonome pour utiliser l'énergie solaire thermique au lieu du gaz naturel. Le système distille et sépare l'eau purifiée dans un échangeur de chaleur en boucle fermée. La technologie a le potentiel d'être un système modulaire et portable qui peut fournir de l'eau douce là où c'est nécessaire.

Technologie LTDis de CCR Emplacement : Frisco, TXRésumé du projet : Crystal Clearwater Resources développe sa technologie d'évaporateur "LTDis", qui peut utiliser la chaleur solaire pour traiter les flux de déchets difficiles et atteindre zéro rejet liquide. Le concept utilise une chambre d'évaporation et de condensation par pulvérisation pour remplacer les étages par des tubes (surfaces utilisées pour la condensation et l'évaporation) dans les usines de dessalement à effets multiples classiques. L'évaporation et la condensation directes des pulvérisations dans les chambres à vide éliminent les problèmes de corrosion et réduisent la taille et le coût des récipients.

Dessalement d'eau 100% solaire transcritique Emplacement : Pittsburgh, PARésumé du projet : Epiphany Solar Water Systems a développé une unité de dessalement et de cristallisation de l'eau qui utilise l'énergie solaire thermique pour dessaler l'eau en augmentant suffisamment la température et la pression pour faire passer l'eau à une phase supercritique, dans laquelle le sel ne se dissout pas. Le système entièrement intégré utilisera des capteurs solaires pour fournir de la chaleur, une récupération de chaleur du distillat d'eau supercritique pour améliorer l'efficacité et des cristalliseurs pour séparer les sels du distillat. Cette technologie a le potentiel d'être thermiquement plus efficace que les techniques de distillation conventionnelles.

Le prix du dessalement solaire est administré par le National Renewable Energy Laboratory et fait partie des American-Made Challenges.

Source : Bureau de l'efficacité énergétique et des énergies renouvelables du Département de l'énergie des États-Unis

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