Como o mundo poderia ter 100 por cento de dessalinização com energia solar? 
A escassez de água doce está projetada para aumentar em nosso futuro mais quente e mais cheio. 150 países já dessalinizam a água do mar, usando combustíveis fósseis.
Quais são os desafios e as recompensas potenciais da transição para a energia solar concentrada para dessalinizar a água do mar?
Mas o fornecimento de uma necessidade básica cada vez maior com combustíveis não renováveis cria uma ameaça crescente, segundo o Dr. Diego-César Alarcón-Padilla, que lidera a Tarefa VI do SolarPACES na Unidade de Dessalinização Solar na Plataforma Solar de Almería (PSA).
“Hoje não existe uma usina de dessalinização de grande capacidade que esteja trabalhando com renováveis”, disse o Dr. Alarcón-Padilla. “Não há nenhum.”
“Com a dessalinização, introduzimos um novo consumidor de energia. Com as mudanças climáticas, o aumento da população humana e a contaminação dos atuais recursos hídricos, ano após ano precisamos de mais e mais água doce”, disse ele.
“A dessalinização precisa de energia. E hoje já estamos no limite no uso de fontes fósseis, apenas para demanda recorrente. Se estamos falando sério sobre cumprir nossos compromissos de Paris mantendo a temperatura do planeta para o aumento de 2 ° C, devemos dessalinizar com energia limpa “.
Com 16.000 usinas em todo o mundo e um aumento esperado de 15% à medida que o mundo aquece, é necessária uma política para impulsionar a dessalinização solar. O Dr. Alarcón-Padilla acredita que a indústria de dessalinização não mudará sem um direcionador de políticas.
Aprenda com políticas renováveis
Foi preciso uma legislação para primeiro colocar novas energias renováveis, como a solar e a eólica, em redes elétricas. Os reguladores começaram a exigir que os geradores incluíssem energia renovável no início do século XXI. Mandatos e subsídios impulsionaram a transição.
Para agora desenvolver a dessalinização renovável, o Dr. Alarcón-Padilla propõe a adoção de políticas similares. “Precisamos de algo como um prêmio por metro cúbico de água produzido por esta usina de dessalinização solar, ou uma garantia do estado de que eles vão comprar cada metro cúbico de água” limpa “que é exigido pelo público. Assim como nós tivemos uma tarifa de alimentação para a eletricidade produzida por usinas de energia renovável aqui na Espanha “.
A preços atuais, e dependendo das diferenças regionais, ele estima que a CSP poderia fornecer água fresca da dessalinização por osmose reversa a cerca de 80 centavos de dólar por metro cúbico – cerca de 30 centavos a mais do que a dessalinização movida a combustíveis fósseis.
Uma vez conduzida a política, projetos renováveis foram implantados e cadeias de suprimentos foram desenvolvidas. Preços renováveis caíram. Agora, muitos reguladores estabeleceram metas para a descarbonização completa até 2050. O que parecia arriscado inicialmente não foi tão difícil. Em muitas regiões, a energia solar e eólica é agora a opção de preço baixo.
O mesmo poderia acontecer na dessalinização renovável: “Porque então começaremos a ter a experiência e aprenderemos como lidar com os recursos solares variáveis com a dessalinização. Então, começaríamos a ter as usinas de dessalinização solar de grande capacidade que precisamos.”
Ele detalhou os desafios e oportunidades para uma transição semelhante a 100% de dessalinização solar.
Por que a dessalinização é uma indústria conservadora?
A dessalinização começou em 1950, no Oriente Médio ressequido, com tecnologias de dessalinização térmica impulsionadas por abundante energia fóssil.
“Arábia Saudita e Kuwait e Bahrein; toda a sua água vem da dessalinização. Eles só têm água por alguns dias, então não podem correr riscos”, explicou.
“Então você pode imaginar, esta indústria é muito conservadora, onde as reservas de água são muito baixas. A população cresce ano após ano nos países árabes. E o recurso de água doce não cresce: eles não podem se dar ao luxo de falhar na implementação de uma usina de dessalinização ”
O Golfo Pérsico é um mar fechado, sem rios de água doce, e as altas temperaturas aumentam a evaporação, aumentando ainda mais a salinidade e a temperatura.
“Existem alguns lugares onde você pode obter cerca de 45 ou até 50 gramas por litro (g / L) de sal. Além disso, você pode ter derramamento de óleo e algas que podem causar uma falha no sistema de pré-tratamento, por exemplo, uma planta de osmose reversa “, disse ele.
A dessalinização térmica é uma tecnologia comprovada e adequada às condições adversas no Golfo, mas a partir de um ponto de vista energético é bastante ineficiente em comparação com a osmose reversa mais difundida de hoje. Mas essa água do mar “difícil” pode danificar as membranas, parando uma planta de osmose reversa: “Então eles não vão abandonar completamente as tecnologias de dessalinização térmica. Eles querem ter os dois.”
Quando combinar dessalinização térmica com CSP
Inicialmente, a energia solar térmica foi proposta como a mais adequada para processos de dessalinização térmica, que essencialmente usam calor para evaporar a água. No entanto, o calor para a dessalinização térmica está necessariamente localizado no local da usina de dessalinização, o que cria um desafio.
“Há dois problemas com usinas de cogeração baseadas em CSP para geração simultânea de eletricidade e dessalinização térmica da água do mar: corrosão por ar salino, e que o DNI na costa não é tão bom quanto no interior. Portanto, há uma penalidade nos custos de eletricidade e água doce. A melhor opção para este cenário é a implantação da usina CSP no interior, longe dos efeitos do ambiente salino, e da planta de osmose reversa na costa “, observou ele.
Eletricidade para dessalinização por osmose reversa pode ser transmitida de longe, mas o calor para a dessalinização térmica não pode. Assim, neste caso, o CSP parece mais adequado com osmose reversa, quando as condições da água do mar permitem o uso desta tecnologia sem problemas.
Para as usinas de cogeração CSP, a dessalinização térmica é alimentada pelo calor residual disponível na saída da turbina a vapor. A viabilidade desta opção versus a produção separada de eletricidade e água dessalinizada (usando parte dessa eletricidade) depende de dois fatores: o grau de penalidade na produção de energia introduzido pelo estabelecimento de um valor de pressão mais alto para o vapor na saída da turbina ( requerido pela central de destilação térmica) e o custo de investimento específico da unidade de destilação.
Por exemplo, plantas de CSP refrigeradas a seco produzem água no inverno a cerca de 50 ° C a 60 ° C no verão, perto da temperatura de entrada de 70 ° C que as unidades de dessalinização térmica (MED de baixa temperatura) precisam.
Nos últimos anos, muitos esforços de pesquisa estão sendo feitos no desenvolvimento de novas superfícies de troca de calor baseadas em materiais poliméricos para plantas de destilação térmica. Tais desenvolvimentos podem reduzir substancialmente o impacto do custo do investimento no custo final da água doce.
No caso das usinas de dessalinização solar, a CSP é a melhor opção para fornecer à energia térmica uma temperatura média exigida pelas configurações de alta eficiência: destilação multi-efeito com termocompressão, destilação multi-efeito acoplada a bombas de calor de absorção e nanofiltração + multi – Destilação de efeito.
Por que o CSP é melhor emparelhado com a dessalinização por osmose reversa (RO)?
A tecnologia de dessalinização predominante de hoje utiliza um processo onde somente a eletricidade é usada, enviando energia 24 horas por dia para bombear água através de uma série de membranas para extrair a água fresca através da osmose reversa (RO).
“Na maior parte do mundo, para aplicações de dessalinização em escala industrial, uma usina de CSP acoplada a uma usina de RO que usa eletricidade para a usina seria uma opção melhor do que acoplá-la à dessalinização térmica”, observou ele.
“A RO é mais eficiente quando você tem o que chamamos de água não-difícil, como no Mar Mediterrâneo, no norte da África e até mesmo no Mar Vermelho, onde a salinidade é um pouco maior”, disse ele. “Por exemplo, no Mar Mediterrâneo, a salinidade é de apenas 35 gramas por litro (g / L) e você não tem o problema de alterar as condições que podem danificar as membranas.”
O consumo específico de energia depende da salinidade da água. Quanto maior a salinidade, maior o consumo de energia específico: “Por exemplo, na eficiência máxima, aqui na Espanha, com cerca de 34 a 35 g / L de salinidade, o consumo de energia específico típico que cada módulo de OR necessita é de cerca de 3 kWh por metro cúbico de água doce produzida. ”
“Mas o Oriente Médio com maior salinidade, 40 a 45 g / L, tem maior consumo de eletricidade, porque você precisa de uma pressão mais alta, então eles normalmente precisam de até 4,5 kWh por metro cúbico.”
Armazenamento + CSP = 100% de dessalinização solar
Alarcón-Padilla alega que a única dessalinização solar verdadeiramente 100% é com CSP, devido à sua capacidade de fornecer energia firme por longos períodos com armazenamento de energia térmica (TES). Citando a recém-anunciada fábrica de Metito, na Arábia Saudita, supostamente alimentada por energia solar fotovoltaica, ele observou que, quando a noite cair, a usina mudará para a energia da rede.
“Para mim, isso não é dessalinização solar”, disse ele. “A verdadeira dessalinização solar é quando você enfrenta o desafio de lidar com uma fonte variável de energia como a energia solar. A CSP pode fornecer um perfil muito plano. Ela tem uma vantagem devido à sua capacidade de distribuição.”
“Em princípio, o PV parece mais barato, mas você tem o problema de não despachabilidade. A entrega de energia não é plana. É variável ao longo do dia. Além disso, o PV não tem armazenamento barato disponível para grande capacidade.”
A dessalinização não pode ser desligada quando as nuvens passam, ele apontou. “Você pode ter problemas de escala na membrana se você continuar ligando e desligando.
Como resultado, quando o PV é proposto, ele deve ser copiado para a rede, resultando em muito menos do que 100% de dessalinização solar: “Quando esta usina de dessalinização solar está tirando eletricidade da rede, para mim isso é apenas um PV planta que coloca eletricidade em
Como resultado, quando o PV é proposto, ele deve ser copiado para a rede, resultando em muito menos do que 100% de dessalinização solar: “Quando esta usina de dessalinização solar está tirando eletricidade da rede, para mim isso é apenas um PV planta que coloca eletricidade na rede ”
O mesmo problema se aplica ao CSP sem armazenamento, é claro. Ao pôr do sol, sem energia armazenada, o CSP também mudaria para a energia da rede. O armazenamento também ajuda financeiramente: “Você quer manter a planta de RO trabalhando o número máximo de horas para reduzir o impacto do custo de investimento e o custo final da água.”
Mas há mais de um tipo de armazenamento. Além do armazenamento térmico da CSP, tanto ela como o PV podem simplesmente armazenar qualquer um dos seus excedentes de “energia solar derramada” em água doce, aumentando a lucratividade.
“Armazenar energia é muito caro, mas armazenar água – apenas em um tanque de água normal – é muito barato”, observou Alarcon-Padilla. “Quando a demanda de eletricidade é baixa, você pode colocar os módulos de dessalinização em operação para produzir mais água doce.”
Fonte:
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-05/s-htw051618.php