La comparación justa de las tecnologías de desalinización pone calor en las fuentes de energía

Una nueva forma de evaluar la eficiencia de las tecnologías de desalinización rivales podría ayudar a guiar nuevos desarrollos para entregar suministros de agua potable en áreas urbanas, muestra una investigación realizada en KAUST.

La demanda mundial de agua alcanzó aproximadamente los 4000 mil millones de metros cúbicos en el año 2000 y se prevé que crezca más del 58 por ciento para el año 2030. Las fuentes de agua dulce no pueden satisfacer esta demanda y la desalinización del agua de mar se está convirtiendo en una forma cada vez más importante de suministrar agua potable.

Alrededor del 60 por ciento de la capacidad de desalinización del mundo depende de los sistemas de ósmosis inversa, que usan energía eléctrica para empujar el agua a través de una membrana para eliminar la sal y otras impurezas. Otros procesos de desalinización utilizan calor para evaporar el agua pura lejos del agua salada. Se espera que la capacidad de desalinización del mundo se duplique durante la próxima década, y los cálculos simplistas sugieren que la ósmosis inversa podría ser una forma más eficiente de energía para satisfacer esa necesidad.

Pero Muhammad Wakil Shahzad, Muhammad Burhan y Kim Choon Ng del Centro de desalinización y reutilización de agua de KAUST, señalan que las formas actuales de comparar la eficiencia energética en los diversos métodos de desalinización de agua de mar consideran solo la cantidad de consumo de energía secundaria pero ignoran el tipo o grado. de energía (por ejemplo, vapor o electricidad) consumida en el proceso.

Han demostrado un enfoque termodinámico simple que da cuenta de la cantidad y la calidad de la energía necesaria para hacer funcionar una planta de desalinización. Este enfoque produce una plataforma común para la comparación de la eficiencia energética que utiliza una relación de rendimiento universal estándar que ofrece una comparación más justa entre los métodos de desalinización de agua de mar.

Por ejemplo, las turbinas de gas de ciclo combinado (CCGT, por sus siglas en inglés) se encuentran entre las centrales eléctricas generadoras de electricidad más eficientes en la actualidad, ya que queman gas natural para hacer girar una turbina que genera electricidad. Pero también recuperan el calor de escape de las turbinas de gas y lo utilizan para crear vapor a alta presión y alta temperatura, que puede hacer girar turbinas de vapor separadas que contribuyen a la producción de electricidad de la planta.

Las plantas de desalinización a base de calor pueden operar en conjunto con los CCGT, purgando vapor de temperatura relativamente baja que de otro modo se desperdiciaría y usándolo para purificar el agua por evaporación. Los investigadores calcularon que explotar el calor residual de una CCGT de esta manera garantiza que la opción más eficiente de desalinización térmica se produzca en etapas sucesivas. Este uso del calor residual se denomina destilación multiefecto.

Sin embargo, incluso esta opción solo logra hasta el 13 por ciento de la eficiencia teórica máxima. “Todos los métodos prácticos de desalinización tienen eficiencias energéticas muy por debajo del límite termodinámico”, dice Shahzad. Para alcanzar los objetivos de desarrollo sostenible, la eficiencia de la desalinización debería duplicarse en la próxima década, dicen los investigadores. “Debe haber un cambio en el paradigma tecnológico de lo que está disponible hoy”, continúa.

Ng sugiere que las membranas basadas en láminas de carbono delgadas como un átomo llamadas grafeno, o sistemas híbridos que combinan varios procesos impulsados ​​térmicamente, podrían ayudar a lograr un cambio de paradigma. Los métodos impulsados ​​térmicamente requieren un híbrido de varios procesos impulsados ​​térmicamente; por ejemplo, una combinación de destilación de múltiples efectos hibridada con un ciclo de adsorción que aumenta el uso de entrada de calor de bajo grado. Creen que hasta el 30 por ciento del límite termodinámico es un objetivo alcanzable para la desalinización sostenible del agua de mar en el futuro cercano.