Estoy pensando principalmente en y .
En las últimas décadas, se construyó una amplia gama de plantas de desalinización de agua sorprendentemente eficientes, principalmente en regiones desérticas (Oriente Medio). Estas plantas usan ósmosis inversa a través de un sistema de múltiples membranas precortadas. Esta solución parece ser muy efectiva en el sentido del uso de energía.
Pero no es suficiente. Comparando los precios de desalinización (provenientes principalmente de los costos de energía) con las alternativas, aún se necesita una reducción adicional del 60-90%. Comparándolos, ¿qué potencial de desarrollo hay en la desalinización del agua?
Creo que la desalinización del agua tiene probablemente un límite de energía teórico, que podría calcularse a partir de entropía y fórmulas de energía de enlace. ¿Qué tan cerca estamos de este límite teórico?
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Respuestas:
Teniendo en cuenta que la ósmosis inversa no es la única forma de desalinizar el agua, creo que sí, existe un gran potencial de desarrollo en la desalinización, pero ese potencial podría no radicar en las mejoras de las técnicas existentes.
Para justificar esta conclusión e ilustrar algunas áreas en las que podría haber un gran potencial de desarrollo, les presento mi idea de una planta de energía y desalinización solar, eólica y solar combinada. No he hecho ninguna matemática sobre esto para calcular el área de tierra necesaria, o los costos, o la producción, por lo que podría no ser viable tal como está. Pero creo que los conceptos descritos a continuación (y recuerde que esto es solo una idea) demuestran que existe un potencial de desarrollo en las siguientes áreas:
Planta de energía y desalinización solar, eólica y solar combinada
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Ubicación
Esta planta requiere una ubicación cálida con una gran área de tierra barata junto al océano y un viento relativamente constante.
Etapa 1 - Bomba de onda
Una bomba de olas eleva el agua del mar a un gran lago en tierra. Aquí hay un ejemplo de una bomba de energía de onda directa , otros tipos de aprovechamiento de energía de onda generalmente convierten el movimiento mecánico en electricidad. Sin embargo, ese movimiento se puede usar fácilmente para conducir directamente una bomba.
Etapa 2 - Lago de evaporación
El lago de evaporación es una gran área poco profunda, cubierta en forma de invernadero para ayudar a la evaporación. El agua de mar se aleja del océano a lo largo de los canales en el lecho del lago y luego regresa nuevamente hacia el océano en el siguiente canal adyacente donde drena de regreso al mar. Esto evita la acumulación de depósitos ya que el agua de mar que regresa los llevará consigo y volverá al mar más concentrado. El techo puede contener lentes Fresnel u otros concentradores solares para ayudar a la evaporación.
Una torre que atrapa el viento sopla aire a través del lago para disminuir la presión del aire y ayudar a la evaporación. Esta torre podría ser como las que se usan en Masdar City , o una torre de turbina eólica estándar con transmisión eléctrica o directa a una serie de ventiladores. El resultado es un flujo de aire continuo a través del lago que lleva el vapor de agua al otro lado, donde se canaliza por una columna ancha hacia la siguiente etapa.
Etapa 3 - Torre de condensación
El vapor de agua se canaliza por una columna grande a una cámara de condensación en lo alto de la torre. Aquí, una serie de aletas son enfriadas por una bomba de calor accionada directamente por una turbina eólica en la parte superior de la torre. el agua se condensa en las aletas y drena en un tanque de agua dulce cerca de la parte superior de la torre.
Etapa 4 - Generación de energía
El agua de la torre de condensación se baja a una altura adecuada para una torre de agua estándar a través de una o más turbinas de agua para generar energía.
Etapa 5 - Filtrado y tratamiento.
El aire salado del mar también se condensará en las aletas, y puede haber pequeñas partículas en el aire y partículas del desgaste en las etapas dentro de este proceso que ingresan al agua, por lo que probablemente necesitará más filtración y tratamiento para que sea potable. Parte de la energía de la turbina de agua puede usarse para esto.
Ahí lo tiene, tiene agua limpia, por encima del nivel del suelo, por lo que la presión ya está disponible y, con suerte, un poco de electricidad y aire seco como subproductos.
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Carnegie, a través de su dispositivo CETO, y otros ya han analizado el uso de la energía de las olas para presurizar directamente el agua para la ósmosis inversa : un proceso totalmente mecánico en lugar de convertirlo en electricidad y viceversa (lo que brinda un ahorro potencial de eficiencia). Dos desafíos: primero, no hay muchos lugares en el mundo con un recurso de olas realmente enorme (Reino Unido, Portugal son dos que vienen a la mente); y segundo, se ha demostrado que es muy difícil lograr que las máquinas de olas funcionen de manera confiable. Eso es superable, pero desafiante.
El otro desarrollo potencial significativo parecerá contrario a la intuición, y la clave para desbloquearlo es considerar el sistema más amplio, en lugar de solo el proceso de desalinización. Ese desarrollo es pasar a procesos de desalinización de menor eficiencia .
Esto se debe a que los procesos de menor eficiencia pueden tener costos de capital mucho más bajos. La ventaja de esto es que pueden ser operados por una menor proporción de tiempo, sin tener un gran impacto en el costo por metro cúbico de agua desalinizada.
Entonces, ¿por qué querrías ejecutar la desalinización durante una menor proporción de tiempo? Porque los lugares que dependen del agua desalinizada tienen mucha luz solar. Lo que hace que la energía fotovoltaica sea barata. Pero PV tiene un perfil de generación que solo coincide en parte con la demanda. Habrá momentos de poder insuficiente y tiempos de exceso de poder. Ese exceso de poder es realmente muy barato. Y ese es un buen momento para ejecutar la desalinización.
Por lo tanto, un sistema combinado de energía y agua que tiene una gran cantidad de energía fotovoltaica y mucha desalinización de bajo gasto de capital y baja eficiencia puede funcionar muy bien. En efecto, el agua desalinizada actúa como una forma de almacenamiento virtual. Todos los sistemas de electricidad necesitan almacenamiento en algún lugar del sistema. Para algunos países, eso es en forma de almacenamiento hidroeléctrico. Para otros, está en forma de gaseros, bunkers de carbón o bunkers de biomasa. Esas tiendas son tiendas de pregeneración. En otros sistemas, hay almacenamiento posterior a la generación, en forma de almacenamiento térmico de bajo grado: cuando la energía se va a usar como calor de bajo grado, tiene sentido almacenarla en esa forma, ya que dicho almacenamiento es muy barato y Muy escalable. Del mismo modo, el almacenamiento de agua desalinizada es muy barato y muy escalable. Actúa como un amortiguador de tiempo, un mecanismo de retraso flexible, entre el suministro de electricidad fotovoltaica,
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Para ósmosis inversa
Este sitio proporciona la energía mínima requerida para la desalinización del agua de mar por RO como 2,78 kJ / l (agua dulce) , esto es si considera solo el proceso reversible. Según Wikipedia, las mejores plantas de desalinización de RO funcionan a 3kWh / m³, lo que se traduce en 10.8 kJ / l.
AFAIK, las pérdidas de energía son pérdidas de presión a través de la membrana (además de la presión osmótica, una membrana introduce pérdidas de presión irreversibles), pretratamiento de agua y energía (en forma de presión) en la salmuera. También es necesario mover mucha agua, hay pasos de pretratamiento, etc.
Según este informe de tendencias de la AIT , dos áreas dentro del amplio campo de las membranas donde se realizan más investigaciones son mejores membranas en términos de pérdida de presión y resistencia a la incrustación (la incrustación influye directamente en las pérdidas de presión). Los desarrollos recientes en la desalinización de RO como la ósmosis directa se benefician principalmente de una mejor resistencia al ensuciamiento en comparación con RO.
Para
grillos de desalinización térmica
(se actualizará cuando encuentre más información)
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