Hur kan förnybar energi optimera avsaltning av bräckt vatten och minska kostnaderna för dricksvatten?

Analysen av tekniker för att avsalta bräckt vatten för produktion av dricksvatten visar tydligt att tre variabler – anläggningsstorlek, användning av spillvärme och membranpermeabilitet – har avgörande påverkan på vattenkostnaden. Studier indikerar att, bortsett från utbildning av personal, är återvinning av spillvärme, användning av solenergi och minskad anläggningsstorlek de mest effektiva faktorerna för att sänka kostnaden för renat vatten. Genom att integrera spillvärme i membrandestillationssystem (MD) kan priset på vatten drastiskt reduceras; ett system som kombinerar 40 % spillvärme och 60 % sol-termisk energi kan minska kostnaden från cirka 6,80 $/m³ till under 1,6 $/m³. Sensitivitetsanalyser visar dessutom att ökad membranpermeabilitet och högre användning av förnybar energi kan ge ytterligare kostnadsminskningar, även om detta kan kräva en nedskalning av anläggningskapaciteten.

Ett annat exempel är integrationen av fotovoltaiska hybridtermiska system (PVT) med direktkontaktmembrandestillation (DCMD) i bostäder. Här kan en mikronätverkslösning inte bara leverera rent vatten utan även delvis tillgodose elbehovet. I Riyadhs klimatförhållanden visar modellering att vattenproduktionen, installationens kostnad och bräckt vattentemperatur styr systemets effektivitet. Den specifika vattenkostnaden ligger på 23,6 $/m³, medan systemet kan täcka cirka 25 % av elbehovet i byggnaden och samtidigt minska CO2-utsläppen med 4 300 kg per år.

Vidare har studier på avancerade hybridavsaltningssystem visat betydande energieffektiviseringar. Kombinationer av MD och forward osmosis kan minska energiintensiteten från 0,89 till 0,64, medan samverkan mellan humidifiering-dehumidifiering och RO kan halvera energiförbrukningen jämfört med konventionell RO och öka färskvattenproduktionen med upp till 38 %. Utmaningar kvarstår dock vid integration med fokuserade solpaneler, inklusive PV-termiska och koncentrerade PV-termiska system, som kräver optimering för maximal energieffektivitet.

I sammanhanget av biohydrogengenerering, särskilt via biogasånga-metanreformering, visar jämförelser med kommersiell elektrolys och naturgasbaserad vätgasproduktion att avfallsvalorisering kan bidra till betydande miljöfördelar och minska koldioxidavtrycket. Förståelsen av dessa teknologier är avgörande för att kunna kombinera ren energiproduktion med hållbar vattenförsörjning.

Det är viktigt att läsa detta medvetet: kostnadseffektiv avsaltning är inte enbart en teknisk fråga, utan beror på systemintegration, energikällornas variation, lokala klimatförhållanden och möjligheten att kombinera olika processer. För att maximera nyttan måste man förstå dynamiken mellan energieffektivitet, membranprestanda, återvinning av spillvärme och solenergi, samt hur dessa faktorer samverkar för både ekonomisk och miljömässig hållbarhet.

Vad är membrandestillation och dess roll i avsaltning av vatten?

Membrandestillation (MD) är en avancerad teknologi för vattenavsaltning som kombinerar termisk avdunstning och membranfiltrering. Vid denna process används ett mikroporöst, hydrofobt membran för att separera den varma inmatningslösningen från det kalla produktvattnet. Den heta inmatningen avdunstar vid membranytan, och en ångtrycksskillnad som skapas mellan inmatnings- och permeatmembranens ytor driver transporten av vattenånga genom membranet. När ångan kondenserar bildas rent vatten, vilket gör denna process effektiv för att rena och producera dricksvatten.

Membrandestillation erbjuder flera fördelar, såsom låg energiförbrukning, låg drifttryck, hög selektivitet för saltrejektion och skalbarhet. Eftersom processen sker vid temperaturer mellan 30 och 90°C kan den använda lågvärdiga värmekällor som industriellt spillvärme eller till och med solenergi. Detta gör teknologin attraktiv för användning i områden där energi är en begränsande faktor eller för att behandla svårt vatten, såsom bräckt vatten eller avloppsvatten. Dessutom kräver MD minimalt med förbehandling, vilket leder till lägre driftskostnader och en mindre miljöpåverkan.

Trots dessa fördelar har membrandestillation sina utmaningar. En av de största problemen är bildandet av skalning och fouling på membranytorna, vilket kan påverka systemets effektivitet. Membranet kan även genomgå en process som kallas "wetting",