Sötvattenbristen förväntas öka i vår hetare och mer trånga framtid. Redan, 150 länder avsaltar havsvatten, använda fossila bränslen.

Men att förse ett ständigt ökande grundläggande behov med icke-förnybara bränslen skapar ett växande hot, enligt Dr. Diego-César Alarcón-Padilla, som leder SolarPACES Task VI vid Solar Desalination Unit vid Plataforma Solar de Almería (PSA).

"Idag finns det ingen avsaltningsanläggning med stor kapacitet som arbetar med förnybara energikällor", säger Dr. Alarcón-Padilla. "Det finns ingen."

"Med avsaltning introducerar vi en ny energikonsument. Med klimatförändringarna, och ökningen av den mänskliga befolkningen, och föroreningen av de nuvarande vattenresurserna, år efter år behöver vi mer och mer sötvatten, " han sa.

"Avsaltning behöver energi. Och idag är vi redan i gränsen när det gäller användningen av fossila källor, bara för återkommande efterfrågan. Om vi ​​menar allvar med att uppfylla våra Paris-åtaganden att hålla temperaturen på planeten till 2°C-höjningen, vi måste avsalta med ren energi."

Med 16, 000 avsaltningsanläggningar runt om i världen redan och en förväntad ökning på 15 % av avsaltningen när världen värms upp, Det behövs en politik för att driva solavsaltning. Dr Alarcón-Padilla tror att avsaltningsindustrin inte kommer att förändras utan en politisk drivkraft.

Lär dig av policyer för förnybar energi

Det krävdes lagstiftning för att först lägga nya förnybara energikällor som sol och vind på elnäten. Regulatorer började kräva att generatorer inkluderade förnybar energi i början av 2000-talet. Mandat och subventioner satte fart på övergången.

För att nu utveckla förnybar avsaltning, Dr. Alarcón-Padilla föreslår antagandet av liknande riktlinjer. "Vi behöver något som en premie per kubikmeter vatten som produceras av denna solavsaltningsanläggning, eller en garanti från staten att de ska köpa varje kubikmeter "rent" vatten som krävs av allmänheten. Precis som vi hade en inmatningsavgift för el producerad av förnybara energianläggningar här i Spanien."

Med nuvarande priser, och beroende på regionala skillnader, han uppskattar att CSP (koncentrerad solenergi) skulle kunna leverera färskvatten från avsaltning av omvänd osmos till cirka 80 cent USD per kubikmeter – cirka 30 cent mer än avsaltning med fossilt bränsle.

När politiken drev det, förnybara projekt sattes igång och försörjningskedjor utvecklades. Priserna på förnybara energikällor sjönk. Nu, många tillsynsmyndigheter har satt upp mål för fullständig avkolning till 2050. Det som från början verkade riskabelt visade sig inte vara så svårt. I många regioner, sol och vind är nu lågprisalternativet.

Samma sak kan hända inom förnybar avsaltning:"För då kommer vi att börja ha erfarenheten och lära oss hur vi hanterar variabla solenergiresurser med avsaltning. Då skulle vi börja ha de solavsaltningsanläggningar med stor kapacitet som vi behöver."

Han redogjorde för utmaningarna och möjligheterna för en liknande övergång till 100 % solavsaltning.

Varför avsaltning är en konservativ industri

Avsaltningen började först på 1950-talet i det uttorkade Mellanöstern, med termisk avsaltningsteknik som drivs av rikligt med fossil energi.

"Saudiarabien och Kuwait och Bahrain; allt deras vatten kommer från avsaltning. De har bara vatten under några dagar, så de har inte råd att ta några risker, " han förklarade.

"Så du kan föreställa dig, denna industri är mycket konservativ, där vattenreserverna är mycket låga. Befolkningen växer år efter år i arabländerna. Och sötvattenresursen växer inte:de kan inte ha lyxen att misslyckas med att implementera en avsaltningsanläggning."

Persiska viken är ett slutet hav, utan sötvattenfloder som matas in i den, och höga temperaturer ökar avdunstning, ytterligare öka både salthalt och temperatur.

"Det finns vissa ställen där du kan få runt 45 eller till och med 50 gram per liter (g/L) salt. Dessutom, du kan ha oljespill och algblomningar som kan orsaka fel i förbehandlingssystemet för, till exempel, en anläggning för omvänd osmos, " han sa.

Termisk avsaltning är en beprövad teknik väl lämpad för de svåra förhållandena i viken, men ur en energisk synvinkel är det ganska ineffektivt jämfört med dagens mer utbredda omvänd osmos. Men sådant "svårt" havsvatten kan skada membran, stoppa en omvänd osmosanläggning:"Så de kommer inte att överge termisk avsaltningsteknik helt. De vill ha båda."

När man ska kombinera termisk avsaltning med CSP

Ursprungligen föreslogs solvärmeenergi som bäst lämpad för termiska avsaltningsprocesser, som i huvudsak använder värme för att förånga vatten. Dock, värmen för termisk avsaltning är nödvändigtvis lokaliserad på platsen för avsaltningsanläggningen, vilket skapar en utmaning.

"Det finns två problem med CSP-baserade kraftvärmeverk för samtidig generering av el och termisk avsaltning av havsvatten:saltluftkorrosion, och att DNI vid kusten inte är så bra som inlandet. Så det finns en straffavgift i kostnader för el och färskvatten. Det bästa alternativet för detta scenario är att placera CSP-anläggningen i inlandet, bort från omgivande saltlösningseffekter, och anläggningen för omvänd osmos vid kusten, " noterade han.

Elektricitet för omvänd osmos Sesalinering kan överföras på långt håll, men värme för termisk avsaltning kan inte. Så, I detta fall, CSP verkar bättre ihopkopplad med omvänd osmos, när havsvattenförhållanden tillåter användning av denna teknik utan problem.

För CSP-kraftvärmeverk, termisk avsaltning drivs av spillvärmen som finns vid ångturbinens utlopp. Genomförbarheten av detta alternativ jämfört med separerad produktion av el och avsaltat vatten (som använder en del av den elektriciteten) beror på två faktorer:graden av straff i kraftproduktionen som införs genom att fastställa ett högre tryckvärde för ångan vid turbinens utlopp ( som krävs av den termiska destillationsanläggningen) och den specifika investeringskostnaden för destillationsenheten.

Till exempel, torrkylda CSP-anläggningar producerar vatten på vintern vid cirka 50°C till 60°C på sommaren, nära den 70°C inloppstemperatur som termiska avsaltningsenheter (lågtemperatur MED) behöver.

Under de senaste åren, mycket forskning görs för att utveckla nya värmeväxlingsytor baserade på polymera material för termiska destillationsanläggningar. Sådana utvecklingar kan avsevärt minska investeringskostnadens inverkan på den slutliga kostnaden för färskvattnet.

I fallet med fristående solvärmeavsaltningsanläggningar, CSP är det bästa alternativet för att tillföra termisk energi en medeltemperatur som krävs av högeffektiva konfigurationer:multieffektdestillation med termokompression, multieffektdestillation kopplad till absorptionsvärmepumpar och nanofiltrering+multieffektdestillation.

Varför CSP är bättre ihopkopplad med omvänd osmos (RO) avsaltning

Dagens dominerande avsaltningsteknik använder en process där endast el används, skickar kraft dygnet runt för att pumpa vatten genom en serie membran för att extrahera färskvattnet genom omvänd osmos (RO).

"I större delen av världen, för avsaltningsapplikationer i industriell skala, en CSP-anläggning kopplad till en RO-anläggning som använder el för kraftverket skulle vara ett bättre alternativ än att koppla den med termisk avsaltning, " noterade han.

"RO är effektivare när du har vad vi kallar "icke-svårt" vatten, som i Medelhavet, i Nordafrika, och även i Röda havet där salthalten är lite högre, ", sa han. "Till exempel i Medelhavet är salthalten bara 35 gram per liter (g/L) och du har inte problemet med att förändra förhållanden som kan skada membranen."

Den specifika energiförbrukningen beror på vattnets salthalt. Ju högre salthalt desto högre specifik energiförbrukning:"T.ex. på högsta effektivitet, Här i Spanien med cirka 34 till 35 g/L salthalt är den typiska specifika energiförbrukningen som varje RO-modul behöver cirka 3 kWh per kubikmeter producerat sötvatten."

"Men Mellanöstern med högre salthalt, 40 till 45 g/L, har högre elförbrukning, eftersom du behöver ett högre tryck, så vanligtvis behöver de upp till 4,5 kWh per kubikmeter."

CSP + lagring =100% solavsaltning

Alarcón-Padilla hävdar att den enda verkligt 100% solavsaltningen är med CSP, på grund av dess förmåga att leverera fast energi under långa varaktigheter med termisk energilagring (TES). Med hänvisning till den nyligen tillkännagivna Metito-fabriken i Saudiarabien, enligt uppgift drivs av solenergi, han noterade att när natten faller kommer anläggningen att gå över till elnät.

"För mig är detta inte solavsaltning, ", sa han. "Sann avsaltning av sol är när du står inför utmaningen att hantera en variabel energikälla som solenergi. CSP kan leverera en mycket platt profil. Det har en fördel på grund av dess sändbarhet."

"I princip ser PV billigare ut, men du har problemet med att du inte kan skickas. Energileveransen är inte platt. Det är varierande under dagen. Dessutom har PV inte billig lagring tillgänglig för stor kapacitet."

Avsaltning kan inte stängas av när moln passerar, påpekade han. "Du kan få skalningsproblem i membranet om du fortsätter att slå på och av det.

Som ett resultat, när PV föreslås, det måste säkerhetskopieras till nätet, vilket resulterar i mycket mindre än 100 % solavsaltning:"När denna "solenergi" avsaltningsanläggning tar el från nätet, för mig är detta bara en solcellsanläggning som lägger elektricitet i elnätet"

Samma problem gäller för CSP utan lagring, självklart. Vid solnedgången, utan lagrad energi, CSP skulle också byta till elnät. Lagring hjälper också ekonomiskt:"Du vill hålla RO-anläggningen igång maximalt antal timmar för att minska effekten av investeringskostnaden och den slutliga kostnaden för vattnet."

Men det finns mer än en typ av förvaring. Förutom CSP:s termiska lagring, både den och PV kan helt enkelt lagra allt överskott av "spilld solenergi" i sötvatten, öka lönsamheten.

"Att lagra energi är mycket dyrt men att lagra vatten - bara i en vanlig vattentank - är mycket billigt, "När efterfrågan på el är låg kan du sätta avsaltningsmodulerna i drift för att producera mer sötvatten."