A study of the water-energy nexus in power plants

Tesis por compendio de publicaciones[ES] La tesis se llevó a cabo a través de compendio de artículos científicos, de modo que se lleva a cabo un resumen de cada artículo, así como la información de cada uno. Artículo 1 Título: Optimal gas treatment and coal blending for reduced emissions in power plants: A case study in Northwest Spain. Autores: Lidia S Guerras y Mariano Martín. Revista: Energy DOI: 10.1016/j.energy.2018.12.089 Resumen: En este trabajo se ha desarrollado un marco de toma de decisiones para el diseño de la sección de tratamiento de gases de combustión de una central eléctrica, que incluye operaciones de remoción de partículas, NOx y SO2. Se ha aplicado a una central térmica de carbón en España para seleccionar las tecnologías óptimas y su secuencia. Se han desarrollado modelos sustitutos para los tratamientos. El problema corresponde a una programación no lineal entera mixta que incluye la eliminación de NOx catalítica y no catalítica, lo que permite varias asignaciones para la tecnología catalítica, precipitación electrostática y eliminación de SO2 húmedo o seco. Se reformula como un problema no lineal para evaluar las oportunidades de bypass. La optimización sugiere el uso de precipitación electrostática, seguida de la eliminación catalítica de NOx y la eliminación de SO2 seco. A continuación, también se ha resuelto un problema de mezcla de carbón para dos funciones objetivo. Cuando solo se consideran los costos de tratamiento, se recomienda el uso de carbón importado, pero un aumento del 4% en su precio puede cambiar la decisión por el uso de carbón nacional. Si la energía del carbón se agrega a la función objetivo, el carbón de alquitrán crudo se incluye en la mezcla y el carbón importado se usa para mantener las emisiones dentro de los límites. La oxidación forzada de piedra caliza es la tecnología seleccionada. Artículo 2 Título: Optimal Flue Gas Treatment for Oxy-Combustion-Based Pulverized Coal Power Plants Autores: Lidia S Guerras y Mariano Martín. Revista: Industrial & Engineering Chemistry Research DOI: 10.1021/acs.iecr.9b04453 Resumen: La oxicombustión es reconocida como la tecnología más limpia que utiliza carbón como fuente de energía. La limpieza de los gases de combustión es esencial para un funcionamiento sostenible. En este trabajo se determina la selección óptima de las tecnologías de tratamiento de gases de combustión en centrales de oxicombustión. Se utiliza un procedimiento de dos etapas que combina heurística y programación matemática para evaluar las tecnologías involucradas, incluida la caldera, la desnitrificación, la precipitación electrostática, la eliminación de dióxido de azufre y la captura de carbono. Para el funcionamiento de la planta, se debe seleccionar la alimentación de carbón. Se resuelve un problema de mezcla extendido para evaluar el tipo de carbón que se comprará en función de su costo y composición. El procesamiento óptimo de los gases de combustión consiste en la precipitación electrostática, seguida de la eliminación de SO2 seco y la purificación de CO2 con zeolitas. No se requiere ningún método de desnitrificación específico debido a los bajos niveles de concentración de NOx generados en la oxicombustión. Esta hoja de flujo se utiliza para seleccionar uno entre una mezcla de tres tipos diferentes de carbón: alquitrán de hulla nacional, importado y crudo. Sin embargo, no se recomienda ninguna mezcla ya que se seleccionó alquitrán de hulla crudo. Aunque los costos de procesamiento son más altos, se ve compensado por el menor coste de la materia prima. Artículo 3 Título: On the water footprint in power production: Sustainable design of wet cooling towersAutores: Lidia S Guerras y Mariano Martín. Revista: Applied Energy DOI: 10.1016/j.apenergy.2020.114620 Resumen: Las plantas de energía renovable deben instalarse donde esté disponible el recurso principal. El clima afecta el diseño y la huella hídrica de estas plantas. Se estudian dos tipos de ciclos de potencia, un ciclo Rankine regenerativo, representativo de biomasa y plantas termosolares, y el ciclo combinado, correspondiente a procesos basados en biogás o gasificación. Las instalaciones se modelan en detalle unidad por unidad para calcular el rendimiento del ciclo, el trabajo del condensador, el consumo de agua y la geometría de la torre de enfriamiento húmedo de tiro natural para su diseño sostenible. Las regiones cálidas, apropiadas para instalaciones solares, y las regiones húmedas requieren torres más grandes y caras. Las áreas con alta disponibilidad solar también muestran un mayor consumo de agua, lo que representa un intercambio para un futuro sistema de energía basado en energías renovables. Además, también se han desarrollado pautas de diseño y modelos sustitutos para estimar el consumo de agua, el tamaño de la torre de enfriamiento y su costo en función del clima. Los sustitutos son útiles para el análisis de la huella hídrica de un sistema de energía de base renovable que sustituye al de base fósil. Artículo 4 Título: Multilayer Approach for Product Portfolio Optimization: Waste to Added-Value Products Autores: Lidia S. Guerras, Debalina Sengupta, Mariano Martín, and Mahmoud M. El-Halwagi Revista: ACS Sustainable Chemistry & Engineering. DOI: 10.1021/acssuschemeng.1c01284 Resumen: Se ha desarrollado un procedimiento sistemático multicapa de varias etapas para la selección de la cartera de productos óptima a partir de biomasa residual como materia prima para sistemas que implican el nexo “wáter-energy-food”. Consiste en una metodología híbrida heurística, basada en métricas y optimización que evalúa el desempeño económico y ambiental de productos de valor agregado a partir de una materia prima en particular. La primera etapa preselecciona los productos prometedores. A continuación, se formula un problema de optimización de la superestructura para valorizar o transformar los residuos en el conjunto óptimo de productos. La metodología se ha aplicado dentro de la iniciativa “Waste to Power and Chemicals” para evaluar el mejor uso de los residuos de biomasa de la industria del aceite de oliva en alimentos, productos químicos y energía. La etapa heurística se basa en la revisión de la literatura para analizar los productos y técnicas factibles. A continuación, se han desarrollado y utilizado métricas simples para preseleccionar productos que son prometedores. Finalmente, se utiliza un enfoque de optimización de la superestructura para diseñar la instalación que procesa hojas, astillas de madera y aceitunas en productos finales. La mejor técnica para recuperar fenoles del “alperujo”, un residuo sólido húmedo/subproducto del proceso, consiste en el uso de membranas, mientras que la técnica de adsorción se utiliza para la recuperación de fenoles de hojas y ramas de olivo. La inversión necesaria para procesar los residuos asciende a 110,2 millones de euros por 100 kt/año para la instalación de producción de aceitunas, mientras que el beneficio depende del nivel de integración. Si la instalación está adscrita a la producción de aceite de oliva, el beneficio generado oscila entre los 14,5 MM €/año (cuando los residuos se compran a precios de 249 € por tonelada de alperujo y 6 € por tonelada de hojas y ramas de olivo) y 34,3 MM €/año cuando el material de desecho se obtiene de forma gratuita

Jardins per a la salut

Facultat de Farmàcia, Universitat de Barcelona. Ensenyament: Grau de Farmàcia. Assignatura: Botànica farmacèutica. Curs: 2014-2015. Coordinadors: Joan Simon, Cèsar Blanché i Maria Bosch.Els materials que aquí es presenten són el recull de les fitxes botàniques de 128 espècies presents en el Jardí Ferran Soldevila de l’Edifici Històric de la UB. Els treballs han estat realitzats manera individual per part dels estudiants dels grups M-3 i T-1 de l’assignatura Botànica Farmacèutica durant els mesos de febrer a maig del curs 2014-15 com a resultat final del Projecte d’Innovació Docent «Jardins per a la salut: aprenentatge servei a Botànica farmacèutica» (codi 2014PID-UB/054). Tots els treballs s’han dut a terme a través de la plataforma de GoogleDocs i han estat tutoritzats pels professors de l’assignatura. L’objectiu principal de l’activitat ha estat fomentar l’aprenentatge autònom i col·laboratiu en Botànica farmacèutica. També s’ha pretès motivar els estudiants a través del retorn de part del seu esforç a la societat a través d’una experiència d’Aprenentatge-Servei, deixant disponible finalment el treball dels estudiants per a poder ser consultable a través d’una Web pública amb la possibilitat de poder-ho fer in-situ en el propi jardí mitjançant codis QR amb un smartphone

Optimal technology selection for the biogas upgrading to biomethane

[EN]A systematic approach is developed for the conceptual optimal design of biomethane production via carbon capture. A hybrid heuristic-mathematical procedure is proposed to determine the optimal technology and operating conditions. The heuristic step consists of a literature-based screening of the available technologies. After the prescreening stage, the technologies selected are amine absorption, pressure swing adsorption (PSA), and membrane separation. The mathematical stage is composed of two steps. First, different alternatives for each technology are modeled based on first principles and rules of thumb. These models are used to select the optimal configuration for each process considered. Second, a superstructure model for biomethane production is developed integrating the pre-selected upgrading technologies to select the optimal process, as well as to determine the optimal operating conditions. Four waste sources are analyzed: cattle manure, swine manure, municipal food waste, and sludge. The results suggest that the best amine is diethanolamine (DEA), the best membrane material is the polyimide, and the suggested zeolite is 13X among the ones studied. Finally, among the three technologies, the overall results show that carbon capture using a PSA system using zeolite 13X results in lower production and investment costs, but very close to the use of membranes. The results indicate that food waste shows the lowest production cost for biomethane 0.36 €/Nm3, due to the largest organic matter content, whereas the investment costs are 67 M€, considering a biogas production rate of 0.035 kg of biomethane per kg of waste and the processing of 311 kt/yr of food waste. Credits or incentives are still needed for biomethane to be competitive with fossil natural gas.Junta de Castilla y León y USA