Quali possibilità di sviluppo potrebbero ancora esistere nella dissalazione dell'acqua?

Sto pensando principalmente in e$\frac{kWh}{m^3}$ .$\frac{\$}{m^3}$

Negli ultimi decenni è stata costruita una vasta gamma di impianti di dissalazione dell'acqua sorprendentemente efficienti, principalmente nelle regioni desertiche (Medio Oriente). Queste piante usano l'osmosi inversa attraverso un sistema di più membrane pressate. Questa soluzione sembra essere molto efficace nel senso del consumo di energia.

Ma non è abbastanza. Confrontando i prezzi di dissalazione (provenienti principalmente dai costi energetici) con le alternative, è ancora necessaria un'ulteriore riduzione del 60-90%. Confrontandoli, quale potenziale di sviluppo esiste nella dissalazione dell'acqua?

Penso che la dissalazione dell'acqua abbia probabilmente un limite energetico teorico, che potrebbe forse essere calcolato dall'entropia e dalle formule energetiche vincolanti. Quanto siamo vicini a questo limite teorico?

Considerando che l'osmosi inversa non è l'unico modo per dissalare l'acqua, penso che sì, ci sia molto potenziale di sviluppo nella desalinizzazione, ma tale potenziale potrebbe non risiedere nel miglioramento delle tecniche esistenti.

Per giustificare questa conclusione e illustrare alcune aree in cui potrebbe esserci un grande potenziale di sviluppo, vi presento la mia idea per una dissalazione combinata di onde, vento, energia solare e centrale elettrica. Non ho fatto alcun calcolo matematico su questo per calcolare l'area di terra necessaria, i costi o la produzione, quindi potrebbe non essere fattibile così com'è. Ma penso che i concetti descritti di seguito (e ricordo che questa è solo un'idea) dimostrano che esiste un potenziale di sviluppo nelle seguenti aree:

• Utilizzo di fonti di energia rinnovabile in loco per alimentare l'impianto
• Utilizzo di energia ad azionamento diretto invece di energia trasmessa elettricamente
• Dirigere e amplificare i processi naturali di dissalazione

Dissalazione combinata di onde, vento, energia solare e centrale elettrica

ingressi

• Nessun input di energia esterna
• Intelligentemente sfruttato onda, vento e solare

Uscite

• Energia (elettricità)
• Acqua dolce
• Aria fredda

Posizione

Questa pianta richiede una posizione calda con un'ampia area di terra a buon mercato dall'oceano e un vento relativamente costante.

Fase 1 - Wave Pump

Una pompa a onda solleva l'acqua di mare in un grande lago a terra. Ecco un esempio di una pompa ad onda diretta , altri tipi di sfruttamento della potenza dell'onda in genere convertono il movimento meccanico in elettricità. Tuttavia, quel movimento può essere facilmente utilizzato per guidare direttamente una pompa.

Fase 2 - Lago di evaporazione

Il lago di evaporazione è una vasta area poco profonda, coperta in modo simile a una serra per favorire l'evaporazione. L'acqua di mare scorre via dall'oceano lungo i canali nel letto del lago, quindi torna di nuovo verso l'oceano nel successivo canale adiacente dove si riversa nel mare. Ciò impedisce l'accumulo di depositi poiché l'acqua di mare di ritorno li porterà con sé e tornerà in mare più concentrato. Il tetto può contenere lenti di Fresnel o altri concentratori solari per favorire l'evaporazione.

Una torre antivento soffia aria attraverso il lago per abbassare la pressione dell'aria e favorire l'evaporazione. Questa torre potrebbe essere come quella usata a Masdar City o una normale torre eolica con trasmissione elettrica o diretta a una serie di ventilatori. Il risultato è un flusso d'aria continuo attraverso il lago che porta il vapore acqueo verso il lato lontano dove viene incanalato su un'ampia colonna nella fase successiva.

Fase 3 - Torre di condensazione

Il vapore acqueo viene incanalato su una grande colonna verso una camera di condensazione alta sulla torre. Qui, una serie di pinne viene raffreddata da una pompa di calore azionata direttamente da una turbina eolica in cima alla torre. l'acqua si condensa sulle pinne e si scarica in un serbatoio di acqua dolce vicino alla cima della torre.

Fase 4: generazione di energia

L'acqua della torre di condensazione viene abbassata ad un'altezza adatta per una torre d'acqua standard attraverso una o più turbine ad acqua per generare energia.

Fase 5: filtraggio e trattamento

L'aria marina salata si condenserà anche sulle pinne e potrebbero esserci piccole particelle sospese nell'aria e particelle da usura durante le fasi di questo processo che entrano in acqua, quindi probabilmente avranno bisogno di ulteriori filtri e trattamenti per renderla potabile. A tale scopo potrebbe essere utilizzata parte dell'energia della turbina idraulica.

Eccolo lì, hai acqua pulita, sopra il livello del suolo, quindi la pressione è già disponibile e, si spera, un eccesso di elettricità e aria fresca e secca come sottoprodotti.

Carnegie, attraverso il loro dispositivo CETO, e altri hanno già esaminato l'uso della potenza delle onde per pressurizzare direttamente l'acqua per l'osmosi inversa : un processo interamente meccanico piuttosto che convertirlo in elettricità e viceversa (dando potenziali risparmi in termini di efficienza). Due sfide: in primo luogo, non ci sono molti posti al mondo con un'enorme risorsa d'onda (Regno Unito, Portogallo, due che vengono in mente); e in secondo luogo, è molto difficile far funzionare le macchine a onde in modo affidabile. È superabile, ma stimolante.

L'altro potenziale sviluppo significativo sembrerà controintuitivo e la chiave per sbloccarlo è considerare il sistema più ampio, piuttosto che solo il processo di desalinizzazione. Tale sviluppo deve passare a processi di dissalazione a bassa efficienza .

Questo perché i processi a bassa efficienza possono avere costi di capitale molto più bassi. Il vantaggio di ciò è che possono quindi essere utilizzati per una proporzione più piccola del tempo, senza subire un forte impatto sul costo per metro cubo di acqua desalinizzata.

Quindi perché dovresti voler eseguire la desalinizzazione per una proporzione più piccola del tempo? Perché i luoghi che dipendono dall'acqua desalinizzata hanno molta luce solare. Il che rende la potenza fotovoltaica economica. Ma PV ha un profilo di generazione che soddisfa solo in parte la domanda. Ci saranno momenti di potenza insufficiente e tempi di potenza in eccesso. Quel potere in eccesso è davvero economico. E questo è un ottimo momento per eseguire la desalinizzazione.

Quindi un sistema combinato di energia e acqua che ha un sacco di PV e un sacco di desalinizzazione a basso costo e bassa efficienza può funzionare molto bene. In effetti, l'acqua desalinizzata agisce come una forma di memoria virtuale. Tutti i sistemi elettrici devono essere immagazzinati da qualche parte nel sistema. Per alcuni paesi, questo è sotto forma di idro di stoccaggio. Per altri, è sotto forma di detentori di gas, bunker di carbone o bunker di biomassa. Quei negozi sono negozi di pre-generazione. In altri sistemi, c'è lo stoccaggio post-generazione, sotto forma di accumulo termico di basso grado: quando l'energia verrà utilizzata come calore di basso grado, ha senso immagazzinarlo in quella forma, poiché tale immagazzinamento è molto economico e molto scalabile. Allo stesso modo, lo stoccaggio di acqua desalinizzata è molto economico e molto scalabile. Funge da time-buffer, un meccanismo di ritardo flessibile, tra la fornitura di elettricità fotovoltaica,

Per l'osmosi inversa

Questo sito fornisce l'energia minima richiesta per la dissalazione dell'acqua di mare da RO pari a 2,78 kJ / l (acqua dolce) , se si considera solo il processo reversibile. Secondo wikipedia, i migliori impianti di dissalazione RO funzionano a 3kWh / m³, che traslano a 10,8 kJ / l.

AFAIK, le perdite di energia sono la perdita di pressione attraverso la membrana (oltre alla pressione osmotica, una membrana introduce perdite di pressione irreversibili), il pretrattamento dell'acqua e l'energia (sotto forma di pressione) nella salamoia. Anche molta acqua deve semplicemente essere spostata, ci sono fasi di pre-trattamento ecc.

Secondo questo rapporto di tendenza IWA , due aree all'interno dell'ampio campo delle membrane in cui vengono svolte ulteriori ricerche sono membrane migliori in termini di perdita di pressione e resistenza al fouling (il fouling influenza direttamente le perdite di pressione). I recenti sviluppi nella desalinizzazione della RO come l'osmosi diretta beneficiano principalmente di una migliore resistenza al fouling rispetto alla RO.

Per i
grilli di dissalazione termica
(verrà aggiornato quando trovo ulteriori informazioni)