CIESOL: Hacia la sostenibilidad en el nexo Energía-Agua

En el Centro de Investigaciones de la Energía Solar CIESOL, centro mixto de la Universidad de Almería y de la Plataforma Solar de Almería que desarrolla nuevas aplicaciones de la energía solar, se trabaja en distintas áreas, todas ellas centradas en el conocimiento del recurso solar y sus diversas aplicaciones. Estas se pueden clasificar en dos líneas: una relacionada con el uso energético de la radiación solar, y la otra con el desarrollo de tecnologías solares para el tratamiento de aguas.

Con la convicción de la importancia de preservar el medioambiente, en el Ciesol se investiga en dos ámbitos imprescindibles para la vida, el agua y la energía, unidos por el aprovechamiento de la radiación solar.

Lo primero que hay que saber para usar la energía solar es su disponibilidad. Es por ello que se investigan nuevos métodos para evaluar y predecir el recurso solar y para optimizar cámaras de cielo para hacer un seguimiento y predicción de la nubosidad.

Adicionalmente, en este contexto resulta imprescindible la monitorización, el modelado y el control automático de las instalaciones solares en todas sus escalas de implantación posibles. En el Ciesol trabajamos en estas cuestiones tanto para las grandes plantas termosolares para producir electricidad, como para vehículos eléctricos conectados a microrredes locales alimentadas por energía solar fotovoltaica.

Además, la energía solar térmica permite producir lo que se denomina “frío solar” mediante sistemas de cambio de fase, compresión y descompresión. Se investiga en “aire acondicionado solar”, siendo el edificio que alberga el CIESOL un ejemplo de ello. También se trabaja en el diseño y optimización de plantas de refrigeración y calefacción solar, tanto para uso doméstico como industrial, siendo aquí especialmente importante el estudio de la eficiencia energética y el control del confort en edificios. La introducción de redes energéticas inteligentes es también un factor de ahorro muy significativo.

También se está investigando el desarrollo de nuevas sustancias con actividad fotoquímica y solubles en agua con el objetivo de abrir el camino a nuevas células fotovoltaicas ambientalmente más sostenibles.

Se debe proteger el recurso agua, tan necesario como escaso, cuyo valor para la vida se incrementa cuanto mejor sea su calidad. Para ello, en el CIESOL se desarrollan nuevas tecnologías limpias para la descontaminación. Se basan en la radiación solar, tanto de aguas tóxicas que no pueden tratarse por métodos biológicos convencionales, como de las aguas residuales tratadas, que aún tienen pequeñas cantidades de contaminantes persistentes y afectan al medioambiente acuático.

Entre los métodos solares de depuración de aguas residuales se abre paso un nuevo proceso basado en microalgas que aprovecha la fotosíntesis para descontaminar, con menos consumo energético y produciendo una biomasa útil para otros sectores industriales.

Una vez depuradas, las aguas pueden tener un nuevo uso, especialmente para el riego. Para ello, es necesario inactivar los microorganismos patógenos que aún permanecen en el agua. La desinfección mediante fotocatálisis solar de aguas depuradas se muestra especialmente eficiente. En todos estos procesos juegan un papel crucial el estudio de la influencia de los tratamientos en la calidad de las aguas depuradas y la evaluación del impacto derivado de su uso. Es necesario desarrollar métodos avanzados de análisis químico para medir la presencia de contaminantes a muy baja concentración, hasta una milmillonésima parte de gramo por litro (nanogramo/litro).

Sin embargo, cuando la escasez de agua apremia, es necesario desalar para generar nueva agua dulce. La desalación de agua de mar, o aguas salobres, mediante energía solar es una alternativa muy necesaria. En este sentido, la combinación de destilación por membranas, que requiere menos aporte de calor que otros procesos, y el uso de la energía solar para aportar ese calor, se plantea como una solución alternativa a las tecnologías convencionales. 

El Ciesol mantiene una media de 31 proyectos en ejecución al año y la participación en 8 redes nacionales e internacionales. En cuanto a la producción científica, por ejemplo en 2020, se han alcanzado un total de 123 publicaciones [76 en Q1 (62%), 26 en Q2 (21%), 7 en Q3 (6%) y 14 en Q4 (11%)]. De ellas, 65 con colaboración internacional, lo que supone un 53% del total como indicador del carácter internacional del centro. En la figura 2, se muestra la evolución del número proyectos, redes y publicaciones científicas internacionales en JCR en los siete últimos años.

Fig. 2 Evolución de los proyectos y redes adscritos al Ciesol en los últimos siete años
Fig. 3 Evolución de las publicaciones científicas con filiación al Ciesol en los últimos siete años

Entre los proyectos internacionales más emblemáticos del Ciesol podemos citar: “Sustainable algae biorefinery for agriculture and aquaculture (SABANA)”, que tiene como objetivo el desarrollo de una biorefinería integrada de microalgas a gran escala para la producción de bioestimulantes, biopesticidas y aditivos para piensos, además de los biofertilizantes y la acuicultura, utilizando únicamente agua marina y nutrientes de las aguas residuales. El proyecto “Internet of Food and Farm (IoF2020)”, que investiga y fomenta la implementación a gran escala del Internet of Things (IoT, Internet de las Cosas) en el sector agrícola y alimentario europeo. El “Micrrorredes para el autoabastecimiento solar de entornos productivos aislados (MICROPROD-SOLAR)”, para desarrollar un conjunto de instrumentos de análisis y toma de decisiones que justifiquen y favorezcan la implantación de microrredes energéticas distribuidas para el autoabastecimiento de enclaves productivos aislados en Iberoamérica.  Y el “Solar Facilities for the European Research Area (SFERA-III)”, para promover el acceso transnacional de investigadores europeos, tanto del mundo académico como de la industria, a infraestructuras singulares de investigación solar científica y tecnológica, como es el Ciesol, dentro del programa H2020.

En el programa LIFE, los proyectos “Toward a smart & integral treatment of natural radioactivity in water provision services (LIFE ALCHEMIA)”, que aborda uno de los desafíos actuales en el tratamiento de aguas para consumo humano, como es la presencia de radiactividad natural; el proyecto “Pollutant Photo-NF remediation of Agro-Water (LIFE PureAgroH2O)”, orientado al desarrollo de un reactor de nanofiltración fotocatalítica (PNFR) para eliminar de forma efectiva sustancias orgánicas presentes en aguas residuales; “Upgrading wastewater treatment plants by Low cost Innovative technologies for energy Self-Sufficiency and full recycling (LIFE ULISES)”, cuyo objetivo es revolucionar los procesos convencionales de depuración mediante un conjunto de tecnologías novedosas que permiten producir recursos de valor añadido, como biocombustible vehicular, biofertilizantes agrícolas y agua apta para su reutilización, a partir de las aguas residuales; y el proyecto “Innovative cost-effective multibarrier treatments for reusing water for agricultural irrigation (LIFE PHOENIX)”, encaminado a demostrar una novedosa solución modular y flexible para la producción sostenible y segura de agua regenerada para riego agrícola.

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