Un nuovo modo per valutare l'efficienza delle tecnologie di desalinizzazione rivali potrebbe aiutare a guidare nuovi sviluppi per fornire forniture di acqua potabile nelle aree urbane, mostra la ricerca intrapresa presso KAUST.

La domanda globale di acqua ha raggiunto circa 4000 miliardi di metri cubi nel 2000 e si prevede che aumenterà di oltre il 58% entro il 2030. Le fonti di acqua dolce non possono tenere il passo con questa domanda, e la desalinizzazione dell'acqua di mare sta diventando un modo sempre più importante per fornire acqua potabile.

Circa il 60 percento della capacità di dissalazione mondiale si basa su sistemi di osmosi inversa, che utilizzano l'energia elettrica per spingere l'acqua attraverso una membrana per rimuovere il sale e altre impurità. Altri processi di desalinizzazione utilizzano il calore per far evaporare l'acqua pura lontano dall'acqua salata. Si prevede che la capacità mondiale di desalinizzazione raddoppierà nel prossimo decennio, e calcoli semplicistici suggeriscono che l'osmosi inversa potrebbe essere un modo più efficiente dal punto di vista energetico per soddisfare tale esigenza.

Ma Muhammad Wakil Shahzad, Muhammad Burhan e Kim Choon Ng del centro di desalinizzazione e riutilizzo dell'acqua di KAUST, sottolineare che le attuali modalità di confronto dell'efficienza energetica nei vari metodi di desalinizzazione dell'acqua di mare considerano solo la quantità di consumo di energia secondaria ma ignorano il tipo o il grado di energia (ad esempio, vapore o elettricità) consumati nel processo.

Hanno dimostrato un semplice approccio termodinamico che tiene conto della quantità e della qualità dell'energia necessaria per far funzionare un impianto di desalinizzazione. Questo approccio produce una piattaforma comune per il confronto dell'efficienza energetica che utilizza un rapporto di prestazione universale standard che offre un confronto più equo tra i metodi di desalinizzazione dell'acqua di mare.

Per esempio, le turbine a gas a ciclo combinato (CCGT) sono oggi tra le centrali elettriche più efficienti per la produzione di energia elettrica, bruciare gas naturale per azionare una turbina che genera l'elettricità. Ma recuperano anche il calore di scarico dalle turbine a gas e lo utilizzano per creare vapore ad alta pressione e alta temperatura, che possono far girare turbine a vapore separate che contribuiscono alla produzione di energia elettrica dell'impianto.

Gli impianti di desalinizzazione a calore possono operare in tandem con i CCGT, scaricando vapore a temperatura relativamente bassa che altrimenti andrebbe sprecato e usandolo per purificare l'acqua per evaporazione. I ricercatori hanno calcolato che lo sfruttamento del calore di scarto da un CCGT in questo modo garantisce che l'opzione più efficiente di desalinizzazione termica avvenga in fasi successive. Questo uso del calore di scarto è chiamato distillazione multieffetto.

Però, anche questa opzione raggiunge ancora solo il 13% dell'efficienza teorica massima. "Tutti i metodi pratici di desalinizzazione hanno efficienze energetiche molto al di sotto del limite termodinamico, " afferma Shahzad. Al fine di raggiungere obiettivi di sviluppo sostenibile, l'efficienza della desalinizzazione dovrebbe raddoppiare nel prossimo decennio, dicono i ricercatori. "Ci deve essere un cambiamento nel paradigma tecnologico rispetto a quello che è disponibile oggi, " lui continua.

Ng suggerisce che le membrane basate su fogli sottilissimi di carbonio chiamati grafene, o sistemi ibridi che combinano diversi processi guidati termicamente, potrebbe aiutare a raggiungere un cambio di paradigma. I metodi guidati termicamente richiedono un ibrido di diversi processi guidati termicamente; Per esempio, una combinazione di distillazione multieffetto ibridata con un ciclo di adsorbimento che aumenta l'uso di input di calore di bassa qualità. Ritengono che fino al 30 percento del limite termodinamico sia un obiettivo raggiungibile per la desalinizzazione sostenibile dell'acqua di mare nel prossimo futuro.