PT1: COORDINACIÓN TÉCNICA Y GESTIÓN ECONÓMICA
(Carga de trabajo PRT: 1.3 PM)
AyO: Este paquete de trabajo conlleva todas las acciones de coordinación entre los miembros del RST y las partes interesadas. Los dos IP del proyecto han dirigido muchos proyectos regionales, nacionales y de la UE, así como contratos con empresas. Por ello, tienen experiencia en acciones de coordinación y las actividades propuestas en este paquete de trabajo, junto con las del paquete de trabajo 2, asegurarán un flujo de conocimiento bien controlado dentro de SER4WINE. Por otro lado, las cada vez más numerosas tareas administrativas relacionadas con la gestión de la investigación de un proyecto han obligado a cuantificar los esfuerzos de tiempo dedicados a este trabajo administrativo, gran parte de ellos no relacionados directamente con la investigación. Todo este tiempo se considera en el PT1 y estará invertido en: (1) la selección y contratación de los investigadores en fase inicial; (2) el seguimiento económico de las actividades; (3) la redacción de informes técnicos y económicos. Las tareas incluidas en este paquete de trabajo son coordinadas por uno de los IPs e involucran a todos los miembros del EI. En caso de cualquier contingencia, el otro IP asumirá la responsabilidad. Para la realización de reuniones con las investigadoras internacionales del proyecto cuando no se encuentre en las instalaciones de nuestro grupo se utilizará, como viene siendo habitual, videoconferencia por TEAMS
T1.1: Gestión de la Coordinación Científica.
T1.2: Gestión de los investigadores contratados.
T1.3: Gestión de costes.
T1.4: Elaboración de informes de seguimiento científico y técnico para la Agencia Regional de Investigación de Castilla La Mancha.
T1.5: Elaboración de informes de seguimiento económico para la Agencia Regional de Investigación de Castilla La Mancha.
T1.6: Gestión de la propiedad intelectual.
PT2: GESTIÓN DE CONOCIMIENTO
(Carga de trabajo PRT: 1.3 PM)
AyO: En este paquete de trabajo se incluyen todas las actividades de difusión y transferencia de tecnología, así como otras formas de valorización de los resultados obtenidos para la Sociedad. Para alcanzar este objetivo, hay varias tareas que van desde el desarrollo de una página web destinada a la difusión del conocimiento a la Sociedad hasta la organización del Workshop SER4WINE , que pretende integrar a los grupos de investigación y a los stakeholders en un foro de discusión sobre los avances más recientes de los temas investigados en el proyecto (no sólo los fundamentos sino también las aplicaciones investigadas), buscando la internacionalización del interés investigador en el tema y la transferencia de conocimiento que estimule el tejido productivo. También incluye reuniones de coordinación científica entre los investigadores y también con los actores de apoyo y otras empresas u organizaciones externas interesadas en el proyecto. También se incluye una tarea relacionada con la coordinación de la divulgación científica en reuniones científicas y también la recopilación de todos los trabajos de investigación en el repositorio RUIDERA, con el fin de satisfacer el requisito legal de publicación en acceso abierto sin cargar excesivamente la economía del proyecto (aunque afortunadamente los acuerdos recientes de la CRUE con diferentes editoriales están permitiendo esto de forma más sencilla). Las tareas incluidas en este paquete de trabajo son coordinadas por uno de los IPs e involucran a todos los miembros del EI. En caso de cualquier contingencia, el otro IP asumirá la responsabilidad. R:
T2.1: Coordinación de los conocimientos obtenidos en el proyecto.
T2.2: Desarrollo y mantenimiento del sitio web y perfiles en Linked-in y twitter.
T2.3: Organización de un taller científico internacional.
T2.4. Informe final y preparación de próximas propuestas.
T2.5: Coordinación de la difusión.
T2.6. Difusión en acceso abierto de los resultados de la investigación.
PT3: REGULACIÓN ENERGÉTICA SOSTENIBLE BODEGAS .
(Carga de trabajo PRT: 6.8 PM)
AyO: Se pretende adaptar y optimizar la tecnología EDEN® (desarrollada de forma incipiente durante el proyecto EXPLORA CTQ2017-91190-EXP para su aplicación en EDARs) al suministro energético inteligente y sostenible de bodegas, con el objetivo final de desarrollar la regulación inteligente de energías renovables en este tipo de instalación industrial. Se va a evaluar el modo en el que se pueda garantizar el suministro a lo largo de todo el día (no solo en horas de luz solar) en las industrias vitivinícolas a partir de energía solar fotovoltaica y que se consiga, al mismo tiempo, reducir la huella de carbono de los principales procesos que se desarrollan, capturando el CO2 que se genera durante la fermentación del vino en las bodegas y también durante la combustión de las vinazas en las alcoholeras, evitando, al mismo tiempo, el vertido de corrientes altamente salinas al medio natural. El concepto general que se pretende conseguir es el siguiente: el electrolizador se alimentará con el rechazo salino obtenido en los tratamientos de ósmosis inversa (OI), que en estas industrias se utilizan para generar una corriente de agua de muy baja concentración de sales, con calidad adecuada para producir vapor en el proceso. Como fuente de energía, el electrolizador utilizará el exceso de energía solar fotovoltaica diurno para obtener Cl2, H2 y una corriente líquida con elevado contenido en NaOH y todas las sales que contenía el agua inicial concentradas (sulfatos, nitratos, etc.). El cloro y el hidrógeno así generados se almacenarán para producir energía eléctrica durante la noche por medio de una pila de combustible.
La corriente líquida generada en el proceso electrolítico se alimentará a columnas de absorción gas-líquido tipo spray, donde se tratarán las principales corrientes de dióxido de carbono generadas en bodegas, para transformar este compuesto en carbonato sódico. Esta sal conjuntamente con el resto de sales de la corriente rechazo, serán secadas por medio concentradores termosolares parabólicos y se valorará, en función de sus caracteristicas, su enterramiento profundo o su uso como materia prima.
Este paquete de trabajo afronta el problema desde un nivel de disponibilidad tecnologica (TRL) de 4. Por este motivo, parte de la realización previa de un estudio de campo caracterizando los rechazos de OI de cuatro bodegas de la zona de La Mancha, que utilizan agua de abastecimiento de distintas calidades, a fin de poder formular disoluciones sintéticas con una composición característica para ser empleadas en el desarrollo y estudio del electrolizador. Tanto el proceso electrolitico como el de pila de combustible se desarrollarán y evaluarán en una primera fase por separado y con alimentación eléctrica continua por fuente de alimentación en el caso del electrolizador, pero despues se integrarán, desarrollándose celdas electroquímicas reversibles, para lo que se construirán varios prototipos con impresión 3-D que se equiparán con los mejores electrodos y membranas determinados en los estudios de electrolizador y pila de combustible, a fin de determinar cual es el prototipo más adecuado para esta aplicación. Tenemos una experiencia previa importante, pero necesitamos saber cómo influyen las sales contenidas en el rechazo de OI en el funcionamiento de la electrolisis y, en especial, en el comportamiento de los electrodos y la membranas. La selección de materiales electródicos y membranas se va a realizar a partir de los trabajos desarrollados anteriormentea, alguno de los cuales ya están publicados en la bibliografía científica [Lobato y col., 2020; Carvela y col., 2020a; Carvela y col., 2021b]. Se valorará para la etapa de pila de combustible si es mejor utilizar el cloro como comburente o si se reemplaza por aire convirtiéndose el cloro en un producto vendible, atendiendo a criterios de robustez de la celda. Disponemos ya de la tecnología desarrollada en modo incipiente para otra aplicación, pero hemos de mejorar rendimientos y parámetros tales como el espesor y composición de membranas y formulación/carga de los catalizadores van a ser estudiados para mejorar los actuales resultados y adecuarlos a las especiales caracteristicas de las bodegas. Para la evaluación de la conversión del dióxido de carbono en carbonatos/bicarbonatos se utilizarán corrientes sintéticas de este gas, con composición caracteística de los gases procedentes del fermentador o de la combustion de vinazas, y la disolución de sosa generada en los electrolizadores alimentados con las corrientes de rechazo de osmosis inversa, introduciendo ambas corrientes en columnas de spray cuya salida está conectada a un sistema de evaporación eléctrica y condensación que permite separar losl sólidos (carbonatos y sales) del agua. Se evaluarán las características del sólido generado para ser, en función de la calidad, empleado en la la fabricación del vidrio de las botellas de vino, incrementando así el desarrollo de la economía circular de este sector, o como relleno en minas de sal clausuradas, ayudando así a reducir la huella de carbono de los procesos y la salinización de los reservorios que produce la devolución a los mismos de la corriente rechazo (por el contrario, la tecnología desarrollada pretende devolver el condensado, situación ambientalmente más favorable por su muy baja salinidad en un contexto de salinización de los reservorios subterráneos del acuífero 23). En una última fase de esta actividad se estudiará su desempeño con perfiles de corrientes directamente provinientes de paneles solares.
Es importante tener en cuenta que con este proyecto no se pretende alcanzar la aplicabilidad real de la tecnología sino avanzar en el conocimiento necesario para en un futuro implementar la tecnología. Así, el nivel de disponibilidad tecnologica (TRL) que se pretende alcanzar con este paquete de trabajo es el 4 (construido en un entorno de laboratorio) y, teniendo esto en cuenta, y tal y como se han comentado, en este paquete de trabajo se van a utilizar flujos de gas sintético en lugar de flujos gaseosos reales y aguas salobres sintéticas en lugar de rechazos reales de osmosis, si bien la composición se aproximará lo máximo posible a la de los sistemas reales, que sí se afrontarán en una parte posterior del proyecto (Paquete de trabajo 5). Tambien se utilizará calentamiento eléctrico en lugar de termosolar para la evaporación ya que la información obtenida es mucho más importante para cerrar balances y aumentar el conocimiento del sistema.
T3.1. Caracterización de rechazos de OI en bodegas de La Mancha.
T3.2. Desarrollo de electrolizadores para sistema de regulación energética.
T3.3. Desarrollo de pilas de combustible para sistema de regulación energética.
T3.4. Desarrollo de celdas reversibles.
T3.5. Absorción de CO2 de la fermentación alcohólica y de la combustión de la vinaza.
T3.6. Integración de sistemas con energía solar. R:
PT4: REGULACIÓN ENERGÉTICA SOSTENIBLE PARA EL RIEGO DE VIÑEDOS.
(Carga de trabajo PRT: 5.7 PM)
AyO: Se persigue adaptar y optimizar la tecnología desarrollada en el proyecto EDEN para la mejora de alimentación energética híbrida de los sistemas de bombeo de agua para el riego de viñedos. Actualmente, la tendencia en la alimentación energética del bombeo para el riego de viñedos combina los motores eléctricos alimentados por paneles solares o por grupos electrógenos alimentados, a su vez, por Diesel B. Los paneles solares, una vez instalados, tienen un alcance geográfico muy limitado, lo que hace que no hayan sustituido completamente al bombeo mediante grupos electrógeno Diesel, debido a que estos últimos son mucho más fáciles de transportar. Además, aunque el riego nocturno es mucho más eficiente (y necesario en el área de la Mancha donde el agua escasea), los sistemas de baterías de plomo actuales no son vistos como una solución viable para, y por, los agricultores y los paneles fotovoltaicos están ligados exclusivamente al bombeo para riego diurno. Con este paquete de trabajo se pretende que una parte importante de la energía solar fotovoltaica que se obtiene durante el día se almacene en forma de hidrógeno y cloro (celda electroquímica operando en modo electrolisis) y sea reconvertida en electricidad por las noches ((celda electroquímica operando en modo pila de combustible), minimizando la necesidad del uso del bombeo con grupos electrógenos Diesel y favoreciendo el más eficiente riego nocturno. Al tiempo, se pretenden minimizar las emisiones de CO2 del bombeo con grupos electrógenos Diesel, transformando parte del CO2 emitido por estos motores en carbonatos. Se pretende alimentar el electrolizador por medio del rechazo de procesos de electrodiálisis de aguas subterráneas para producir además de agua de gran calidad para usos especiales, cloro, hidrógeno y una corriente muy rica en NaOH con las sales concentradas de estos rechazos de EDR. El cloro y el hidrógeno se almacenarán para poder ser reconvertidos en electricidad para aplicación nocturna (generando ácido clorhídrico de elevada pureza como subproducto). Alternativamente, se valorará el uso del cloro en otras aplicaciones, alimentando la etapa de pila de combustible con aire como comburente. La disolución de sosa será utilizada con pequeños absorbedores tipo mezclador Venturi, especialmente diseñados para minimizar el escape de CO2 de los grupos electrógenos Diesel, transformando este CO2 mediante el calor del motor y colectores parabólicos en un sólido susceptible de ser utilizado como materia prima o almacenado en enterramiento profundo (el sólido también contendrá otras sales contenidas en el rechazo de la electrodiálisis, contribuyendo a evitar la salinización de los acuíferos). Con todo esto, se pretende conseguir una regulación de energía renovable que permita reducir la huella de carbono y la huella hídrica del proceso. En el desarrollo del electrolizador, la pila de combustible y la celda reversible que los integra se partirá de los desarrollos realizados en el Paquete de Trabajo 3, teniendo en cuenta en este caso la diferente composición en cuanto a concentraciones del rechazo de la EDR y la necesidad de operar fuera de un entorno cerrado industrial (campo abierto). Para ello, el esfuerzo investigador no estará centrado en el desarrollo de los componentes internos de la celda (membranas y catalizadores, ya evaluados en PT3) sino del diseño mecánico y composición de la carcasa de la misma, utilizando impresión 3-D, de forma que sea robusta para aplicaciones agrícolas. Se comprobará el funcionamiento del prototipo seleccionado con perfiles de radiación solar diferentes a fin de evaluar su robustez. Al igual que en el Paquete de Trabajo 3, no se pretende con esta actividad desarrollar completamente la aplicación sino avanzar en el conocimiento necesario para su futura implementación. Esto implica que cada una de las etapas se desarrollara en ambiente controlado de laboratorio. Por este motivo, el nivel TRL que se pretende alcanzar con este paquete de trabajo es el 4 (construido en un entorno de laboratorio) y la alimentación del electrolizador se realizará por medio de disoluciones sintéticas de composición similar a las medias de las obtenidas en un estudio de campo en el que se sometan cinco aguas subterráneas utilizadas en riego actualmente a electrodiálisis alimentada por energía solar. Asimismo, el grupo electrógeno Diesel utilizado será utilizado en instalaciones de laboratorio y no en campo (como sí se realizará en el posterior Paquete de Trabajo 5).
T4.1. Desarrollo de la electrodiálisis a partir de pozo en Acuífero 23.
T4.2. Adecuación de celdas electroquímicas reversibles para la regulación energética en riego.
T4.3. Absorción de CO2 procedente del escape de grupos electrógenos Diesel para bombeo.
T4.4. Integración de sistemas con energía solar. R:
PT5: ESCALADO Y PRUEBA DE CONCEPTO
(Carga de trabajo PRT: 3.4 PM)
AyO: El objetivo de este paquete de trabajo es afrontar el escalado de los procesos que se han desarrollado en los paquetes de trabajo 3 y 4. El nivel TRL que se pretende alcanzar en este paquete de trabajo es 5 (probado en el entorno real) intentando aproximar el TRL6 (probado en el entorno previsto cerca del rendimiento esperado), teniendo en cuenta que se pretende trascender del laboratorio a las empresas, como ya se ha hecho en propuestas anteriores, sin llegar todavía en el marco de este proyecto a la aplicación real, para lo que sería necesario un esfuerzo adicional y una financiación más amplia a lo solicitado y una vision por encima de lo financiado en la convocatoria. La tecnología desarrollada en el PT 3 se evaluará en bodega experimental del IVICAM, tal y como se especifica en la correspondiente carta adjunta a esta Memoria de solicitud, para lo que está previsto realizar un caso de estudio en sus instalaciones con la operación del proceso durante 15 días, en condiciones en las que no se afecte al normal funcionamiento de la bodega experimental. La tecnología desarrollada en el PT4 se evaluará para riego en parcela de pequeñas dimensiones perteneciente a la Finca Experimental “El Chaparrillo”, tal y como se especifica en la correspondiente carta adjunta a esta Memoria de solicitud. Dado que solo se dispone de un prototipo y que el coste de su replicación es muy elevado, que ha de ser convenientemente adaptado, ambas actuaciones se realizarán de forma secuencial. Este paquete de trabajo interacciona de modo importante con el PT6, aportando datos valiosos para la realización de ACV y utilizando el software de gestion energética desarrollado para las dos aplicaciones.
T5.1 Integración de procesos y prueba de concepto para regulación energética en bodega.
T5.2 Integración de procesos y prueba de concepto para regulación energética en riego.
PT6. DESARROLLO DE MODELOS Y SISTEMAS DE GESTION ENERGÉTICA Y ANÁLISIS DE LA SOSTENIBILIDAD
(Carga de trabajo PRT: 5.3 PM)
AyO: Este paquete de trabajo es transversal a todo el proyecto y tiene un doble objetivo: (1) conocer en profundidad el proceso obteniendo modelos matemáticos de sus distintos elementos y desarrollar un simulador que permita optimizar la gestión energética en bodega y en riego y (2) analizar la sostenibilidad real de la propuesta mediante el análisis de ciclo de vida (ACV) y el coste del ciclo de vida (CCV).
Para el primer objetivo se pretende desarrollar un simulador matemático de los dos procesos de regulación energética que incluya la predicción de radiación solar, la generación y gestión de la energía, y la fijación de carbono. Este tipo de modelos ya han sido desarrollados con éxito en anteriores proyectos de nuestro equipo permitiendo la optimización del uso de la energía solar, deteminando que porcentaje debe ser utilizado directamente y cúal almacenado para uso posterior en función de la radiación solar esperada. Es decir, no partimos de cero sino de la experiencia del acomplamiento de energía solar con almacenamiento y la optimización de su uso en procesos electroquímicos de tratamiento de aguas y de suelos. En este caso tendremos que modelar los consumos asociados a bodega y/o bombeo en lugar de los tratamiento de agua o de suelo. Con ayuda de este simulador se diseñarán y operarán los dos casos de estudio plantados en el Paquete de Trabajo 5, en los que se adecuará secuencialmente el prototipo ya existente y utilizado en el marco del proyecto Explora, adecuandolo a cada aplicación concreta.
El segundo objetivo busca maximizar la ecoeficiencia de las tecnologías desarrolladas, de acuerdo con el objetivo global de generar tecnologías sostenibles. Se busca el aprovechamiento de todos los recursos, tanto materiales como energéticos, y las alternativas más apropiadas en función de las características obtenidas de los distintos productos. Hay que tener en cuenta que en las diferentes propuestas estudiadas en el sector vitivinícola aplicando el proceso SER4WINE se genera H2, CL2, HCl, H2SO4, Na2CO3, Na2SO4, carbón vegetal, cenizas y agua. Se evaluarán las alternativas para minimizar el coste de la mejora ambiental (coste por unidad de mejora ambiental) y la intensidad ambiental (impacto ambiental por unidad de mejora ambiental) de las tecnologías estudiadas. El concepto de ecoeficiencia incluirá el análisis del coste, el consumo de energía, la huella de carbono y de agua, las materias primas implicadas y los subproductos generados en cada tecnología de tratamiento de gases, la generación de oxidantes y el almacenamiento de energía. La ecoeficiencia de las tecnologías de tratamiento se verá incrementada por la reducción del consumo energético, el acoplamiento de sistemas de producción de energías renovables y el aprovechamiento del subproducto generado. Por lo tanto, podrían desarrollarse procesos con un coste o impacto medioambiental nulo (o incluso negativo). Esta actividad proporciona un nivel extremo de coordinación, se realizarán ACV y CCV para el proceso SER4WINE. Para evaluar el coste y la situación social y medioambiental del sistema SER4WINE, se llevarán a cabo tres análisis estandarizados: la evaluación del impacto del ciclo de vida (EICV) para analizar el consumo de materiales y energía, así como la emisión o el vertido de contaminantes y residuos, incluida la huella de carbono y el impacto en los ecosistemas, la evaluación del ciclo de vida social (ECV) y el cálculo del coste del ciclo de vida (CCV) para analizar los costes de fabricación y funcionamiento de los sistemas SER4WINE. Se valorará qué hacer con cada uno de los productos del proceso determinando cuál es la mejor opción para el sólido generado con carbonatos y con sales, si el enterramiento profundo o su uso como materia prima en el contexto de la economia circular. También, qué hacer con el cloro y el ácido clorhídrico. Así, se evaluará si es viable el uso alternativo de cloro valorando no solo su uso como comburente en la pila de combustible, sino que se valorará su potencial uso como agente fitosanitario ya que existen estudios recientes que demuestran que puede ser una alternativa para detener el avance de las enfermedades de la madera del viñedo desarrollando un producto activo que pueda frenar la proliferación de los hongos de la madera.
T6.1 Modelización para la gestión energética.
T6.2. Análisis y optimización de la sostenibilidad. procesos de tratamiento de aguas residuales por medios convencionales y por medios verdes.