Que possibilidades de desenvolvimento ainda poderiam existir na dessalinização da água?

Estou pensando principalmente em e .$\frac{kWh}{m^3}$$\frac{\$}{m^3}$

Nas últimas décadas, uma grande variedade de usinas de dessalinização de água surpreendentemente eficientes foram construídas, principalmente nas regiões desérticas (Oriente Médio). Essas plantas usam osmose reversa através de um sistema de múltiplas membranas pressionadas. Esta solução parece ser muito eficaz no sentido de uso de energia.

Mas não é suficiente. Comparando os preços de dessalinização (provenientes principalmente dos custos de energia) com as alternativas, ainda é necessária uma redução adicional de 60 a 90%. Comparando-os, qual o potencial de desenvolvimento da dessalinização da água?

Acho que a dessalinização da água provavelmente tem um limite de energia teórico, que talvez possa ser calculado a partir de entropia e fórmulas de energia de ligação. Quão perto estamos deste limite teórico?

Considerando que a osmose reversa não é a única maneira de dessalinizar a água, acho que sim, há muito potencial de desenvolvimento na dessalinização, mas esse potencial pode não estar no aprimoramento das técnicas existentes.

Para justificar essa conclusão e ilustrar algumas áreas em que poderia haver muito potencial de desenvolvimento, apresento a você a minha ideia para uma usina combinada de dessalinização eólica, eólica e solar e usina. Não fiz nenhuma matemática para calcular a área de terra necessária, ou custos ou produção, para que não seja viável como está. Mas acho que os conceitos descritos abaixo (e lembre-se de que essa é apenas uma ideia) demonstram que há potencial de desenvolvimento nas seguintes áreas:

• Usando fontes de energia renováveis ​​no local para alimentar a usina
• Usando energia de acionamento direto em vez de energia transmitida eletricamente
• Dirigir e ampliar processos naturais de dessalinização

Onda, vento, dessalinização e usina de energia combinadas

Entradas

• Nenhuma entrada de energia externa
• Ondas, vento e energia solares habilmente

Saídas

• Energia (eletricidade)
• Água fresca
• Ar frio

Localização

Esta planta requer um local quente, com grande área de terra barata à beira-mar e um vento relativamente consistente.

Etapa 1 - Bomba Wave

Uma bomba movida a ondas eleva a água do mar para um grande lago em terra. Aqui está um exemplo de uma bomba acionada por onda direta , outros tipos de aproveitamento de energia das ondas normalmente convertem o movimento mecânico em eletricidade. No entanto, esse movimento pode ser facilmente usado para acionar diretamente uma bomba.

Etapa 2 - Lago de evaporação

O lago de evaporação é uma grande área rasa, coberta de uma maneira semelhante a uma estufa para ajudar na evaporação. A água do mar flui para longe do oceano ao longo dos canais no leito do lago e depois volta novamente para o oceano no próximo canal adjacente, onde volta ao mar. Isso evita o acúmulo de depósitos, pois a água do mar retornará com eles e retornará ao mar mais concentrado. O teto pode conter lentes Fresnel ou outros concentradores solares para ajudar na evaporação.

Uma torre de vento sopra o ar através do lago para diminuir a pressão do ar e ajudar na evaporação. Essa torre pode ser como as usadas na cidade de Masdar , ou uma torre de turbina eólica padrão com transmissão elétrica ou direta a uma série de ventiladores. O resultado é um fluxo de ar contínuo através do lago que transporta o vapor de água para o outro lado, onde é canalizado uma coluna larga para o próximo estágio.

Etapa 3 - Torre Condensadora

O vapor de água é canalizado por uma grande coluna para uma câmara de condensação no alto da torre. Aqui, uma série de aletas é resfriada por uma bomba de calor acionada diretamente por uma turbina eólica no topo da torre. a água condensa nas aletas e drena para um tanque de água doce perto do topo da torre.

Etapa 4 - Geração de Energia

A água da torre de condensação é reduzida para uma altura adequada para uma torre de água padrão através de uma ou mais turbinas de água para gerar energia.

Etapa 5 - Filtragem e tratamento

O ar salgado do mar também se condensará nas barbatanas, e pode haver pequenas partículas transportadas pelo ar e partículas de desgaste nos estágios desse processo que entram na água, por isso provavelmente precisará de mais filtragem e tratamento para torná-la potável. Parte da energia da turbina de água pode ser usada para isso.

Aí está, você tem água limpa, acima do nível do solo, para que a pressão já esteja disponível e, com sorte, algum excesso de eletricidade e ar seco como subprodutos.

Carnegie, por meio de seu dispositivo CETO, e outros já analisaram o uso da energia das ondas para pressurizar diretamente a água para osmose reversa : um processo totalmente mecânico em vez de converter em eletricidade e vice-versa (proporcionando economia de eficiência em potencial). Dois desafios: primeiro, não há muitos lugares no mundo com recursos de ondas realmente enormes (Reino Unido, Portugal sendo dois que vêm à mente); e segundo, ficou muito difícil fazer com que as máquinas de ondas funcionassem de maneira confiável. Isso é superável, mas desafiador.

O outro desenvolvimento potencial significativo parecerá contra-intuitivo, e a chave para desbloqueá-lo é considerar o sistema mais amplo, e não apenas o processo de dessalinização. Esse desenvolvimento é avançar para processos de dessalinização de menor eficiência .

Isso ocorre porque processos de menor eficiência podem ter custos de capital muito mais baixos. A vantagem disso é que eles podem ser operados por uma proporção menor do tempo, sem sofrer um grande impacto no custo por metro cúbico de água dessalinizada.

Então, por que você deseja executar a dessalinização por uma proporção menor do tempo? Porque lugares que dependem de água dessalinizada têm muita luz solar. O que torna a energia fotovoltaica barata. Mas o PV tem um perfil de geração que corresponde apenas parcialmente à demanda. Haverá momentos de energia insuficiente e tempos de excesso de energia. Esse excesso de energia é realmente muito barato. E esse é um ótimo momento para executar a dessalinização.

Portanto, um sistema combinado de energia e água com muito PV e muito dessalinização de baixo investimento e baixa eficiência pode funcionar muito bem. Com efeito, a água dessalinizada atua como uma forma de armazenamento virtual. Todos os sistemas de eletricidade precisam de armazenamento em algum lugar do sistema. Para alguns países, isso ocorre na forma de armazenamento hidrelétrico. Para outros, é na forma de retentores de gás, depósitos de carvão ou de biomassa. Essas lojas são lojas de pré-geração. Em outros sistemas, há armazenamento pós-geração, na forma de armazenamento térmico de baixo grau: quando a energia será usada como calor de baixo grau, faz sentido armazená-lo dessa forma, pois esse armazenamento é muito barato e muito escalável. Da mesma forma, o armazenamento de água dessalinizada é muito barato e muito escalável. Ele atua como um buffer de tempo, um mecanismo de atraso flexível, entre o fornecimento de energia fotovoltaica,

Para osmose reversa

Este local fornece a energia mínima necessária para a dessalinização da água do mar pelo RO como 2,78 kJ / l (água doce) , isto é, se você considerar apenas o processo reversível. Segundo a wikipedia, as melhores plantas de dessalinização de RO operam a 3kWh / m³, o que significa 10,8 kJ / l.

AFAIK, perdas de energia são perdas de pressão através da membrana (além da pressão osmótica, uma membrana introduz perdas irreversíveis de pressão), pré-tratamento com água e energia (na forma de pressão) na salmoura. Também é necessário movimentar muita água, existem etapas de pré-tratamento etc.

De acordo com este relatório de tendências da IWA , duas áreas dentro do amplo campo de membranas onde são feitas mais pesquisas são as melhores em termos de perda de pressão e resistência à incrustação (a incrustação influencia diretamente as perdas de pressão). Desenvolvimentos recentes na dessalinização de RO, como osmose direta, se beneficiam principalmente de uma melhor resistência à incrustação em comparação com o RO.

Para
grilos de dessalinização térmica
(será atualizado quando encontrar mais informações)