Entsalzungskosten pro Gallone: Energie, Technologie und Umweltabwägungen

Technologie der Entsalzung wandelt Meerwasser in trinkbares oder nutzbares Süßwasser um, indem Salze und Verunreinigungen entfernt werden. Diese Technologie zeichnet sich dadurch aus, dass sie unabhängig von Überschwemmungen, Migrationsbewegungen, politischen Einflüssen und klimatischen Zwängen ist. Die Zuverlässigkeit und Qualität der Wasserversorgung ist unabhängig von der geografischen Lage, den Umweltbedingungen, den Klimamustern oder sozialen Faktoren. Da die Süßwasserressourcen aufgrund der globalen Erwärmung, der Wüstenbildung und der Umweltverschmutzung schwinden und gleichzeitig die Weltbevölkerung wächst, hat die Entsalzung in den letzten Jahren rasante Fortschritte gemacht. Die Entsalzung hat sich als zuverlässige und effektive Option für die Wasserversorgung erwiesen und ist eine wichtige Lösung für die Ressourcenknappheit in Küstenregionen und vorgelagerten Inseln.

Welche Entsalzungstechnologien gibt es?

Derzeit werden bei der Entsalzung hauptsächlich zwei große Kategorien von Technologien eingesetzt: thermische Verfahren (Destillation) und ro Membranverfahren (Umkehrosmose).

Zu den thermischen Verfahren gehören die mehrstufige Flash-Destillation (MSF) und die Multi-Effekt-Destillation (MED). Bei der MSF wird erhitztes Meerwasser in einen Niederdruckbehälter geleitet, wo es sofort verdampft und kondensiert; bei der MED wird Meerwasser in mehreren Durchgängen mit Dampf erhitzt und verdampft. Die thermischen Verfahren sind ausgereift und sehr sicher, verbrauchen aber viel Energie.

Bei den Membranverfahren handelt es sich in erster Linie um die Umkehrosmose (RO), bei der Meerwasser unter hohem Druck durch eine halbdurchlässige Membran gepresst wird, wobei Salze zurückgehalten werden, während Süßwasser durchgelassen wird. Der Hauptenergieverbrauch der Umkehrosmose liegt im Stromverbrauch der Hochdruckpumpen und macht 40%-50% der Kosten aus. Der Gesamtenergieverbrauch ist jedoch relativ gering (ca. 3-4 kWh/Kubikmeter), so dass es sich um die am schnellsten wachsende Meerwasserentsalzungstechnologie handelt.

Wie hoch sind die Kosten der Meerwasserentsalzung pro Gallone?

Kosten der Meerwasserentsalzung variieren je nach Technologie, Umfang und geografischer Lage erheblich. Nach internationalen Forschungsergebnissen und praktischen Erfahrungen liegen die Kosten in der Regel zwischen $0,5 und $3 pro Kubikmeter

In China kostet die Entsalzung durch Umkehrosmose etwa $0,61-$1,22/Tonne, während thermische Entsalzungstechnologien $0,92-$1,83/Tonne kosten. Umgerechnet auf die Kosten pro Gallone entspricht dies etwa o $0,002-$0,005 pro Gallone.

Auf internationaler Ebene sind die Kosten für die Entsalzung sehr unterschiedlich. Im Nahen Osten können Größenvorteile und Subventionen die Kosten auf bis zu $0,31-$0,61/Tonne senken. Jüngste internationale Gebote für Entsalzungsprojekte haben sogar 0,4-0,6 USD/Kubikmeter erreicht. Bestimmte saudi-arabische Projekte, bei denen die Solarkopplungstechnologie zum Einsatz kommt, erreichen Kosten von nur 0,4 usd/Tonne.

 Wie hoch sind die Baukosten von Entsalzungsanlagen weltweit?

Nachstehend finden Sie einen Vergleich der Baukosten für 15 repräsentative Entsalzungsanlagen:

Name des Projekts	Region	Kapazität (10^4 m³/Tag)	Technologie	Jahr der Fertigstellung	Baukosten
Shubaybah 3	Mekka, Saudi-Arabien	128.2	MSF, RO	2019	$821 Millionen
Sorek	Tel Aviv, Israel	117.2	RO	2023	$1,5 Milliarden
Ras Al-Khair	Saudi-Arabien	103.6	MSF, RO	2014	$1,76 Milliarden
Tawila	Abu Dhabi, VAE	90.92	RO	2022	$890 Millionen
Industriepark Jubail 3A	Saudi-Arabien	60	RO	2022	$650 Millionen

Wie hoch sind die Produktionskapazitäten und technologischen Merkmale der fünf größten Entsalzungsanlagen der Welt?

1. Ras Al-Khair, Saudi-Arabien: Tageskapazität von 1,036 Millionen Kubikmetern mit einem kombinierten MSF- und RO-Verfahren mit integrierter Stromerzeugung, Inbetriebnahme 2014.
2. Tawila, UAE: Tageskapazität von 909.200 Kubikmetern, reine RO-Technologie, in Betrieb seit 2022, mit Kosten von nur $0,0018 pro Gallone.
3. Shuaiba 3, Saudi-Arabien: Tageskapazität von 1.282.000 Kubikmetern, erweitert zur weltweit größten Anlage, die MSF- und RO-Technologie kombiniert.
4. Saudi-Arabien Jubail: Tageskapazität von 800.000 Kubikmetern, Modell der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK), Einsatz der Multi-Effekt-Destillations-Technologie (MED).
5. UAE Um Al Quwain: Tageskapazität von 682.000 Kubikmetern, reines RO-Verfahren, gebaut von der China Gezhouba Group, in Betrieb seit 2022.

Aktueller globaler Anwendungsstatus von Entsalzungstechnologien

• Region Naher Osten: Länder wie Saudi-Arabien und die Vereinigten Arabischen Emirate decken über 90% ihres Trinkwasserbedarfs durch Entsalzung. In Saudi-Arabien befindet sich die weltweit größte Ansammlung von Entsalzungsanlagen.
• Singapur: Durch den Einsatz fortschrittlicher Umkehrosmose-Technologie macht entsalztes Wasser 30% der gesamten Wasserversorgung aus und wird so zu einer wichtigen Wasserquelle.
• China: Küstenstädte wie Shanghai und Tianjin fördern die Entsalzung für die industrielle Kühlung und den kommunalen Gebrauch mit einer jährlichen Kapazität von über einer Million Tonnen.
• Australien: Westaustralien baut große Entsalzungsanlagen, um der Wasserknappheit in trockenen Gebieten zu begegnen.

Welche Faktoren beeinflussen die Kosten der Entsalzung?

Die Kosten der Meerwasserentsalzung werden von mehreren Faktoren beeinflusst, vor allem von folgenden:

Ausgaben für Energie: Dies ist die größte Kostenkomponente. Bei der Umkehrosmose machen die Stromkosten 41,49% der Gesamtkosten aus; bei der Multi-Effekt-Destillation machen die Dampfkosten 34,76% der Gesamtkosten aus. Eine Senkung der Strompreise um 20% senkt die Produktionskosten für Umkehrosmose-Wasser um 11,86% pro Tonne.

Kapitalanlage: Einschließlich der Kosten für die Beschaffung von Ausrüstungen und den Bau von Gebäuden macht dies einen erheblichen Teil der Gesamtausgaben aus. Auf den Kauf von Ausrüstung und Werkzeugen entfallen etwa 58% der Kapitalinvestitionen. Eine Senkung der Kapitalinvestitionen um 20% kann die Produktionskosten der Entsalzung um 14.68% senken.

Skalenvorteile: Größere Projekte erzielen niedrigere Stückkosten. Projekte mit höheren täglichen Produktionsmengen weisen geringere Entsalzungskosten pro Tonne Wasser auf.

Geografische Lage und Wasserqualität: Höhere Kosten entstehen in Gebieten mit schlechter Meerwasserqualität oder begrenztem Zugang zu preiswerter Energie. In Küstenregionen sind die Kosten im Allgemeinen niedriger, während sie im Landesinneren tendenziell höher sind.

Auswahl der Technologie: Die Umkehrosmose ist in der Regel kostengünstiger als thermische Verfahren. Die thermischen Kosten können jedoch erheblich gesenkt werden, wenn kostengünstiger Dampf oder Abwärme zur Verfügung stehen.

Wie hoch ist der Anteil der Kosten, der auf den Energieverbrauch zurückzuführen ist?

Der Energieverbrauch ist der Hauptbestandteil der Entsalzungskosten. Für Umkehrosmose-Entsalzungsprozesse, Der Stromverbrauch liegt zwischen 3-5 kWh pro Tonne Wasser, wobei die Stromkosten 40%-50% der Gesamtkosten ausmachen.

Bei Entsalzungsprozessen durch Multieffekt-Destillation (MED) liegt der Stromverbrauch bei 0,9-1,5 kWh pro Tonne, aber es wird auch Dampfenergie benötigt. Wenn der Dampf aus Abgasdampf oder Abwärme gewonnen wird, werden die Dampfkosten vernachlässigbar, was die Kosten für die Wasserproduktion erheblich senkt.

Bei dem Entsalzungsprojekt Rabigh Phase IV in Saudi-Arabien wird eine fortschrittliche Technologie eingesetzt, die den Stromverbrauch auf 2,78 kWh pro Tonne produzierten Wassers reduziert. Bei den saudi-arabischen Industriestrompreisen liegen die Kosten für die Entsalzung einer Tonne Meerwasser bei nur $0,3.

Wie hoch sind die Investitionskosten für groß angelegte Entsalzungsprojekte?

Groß angelegte Entsalzungsprojekte sind mit erheblichen Investitionskosten verbunden. Diese sind je nach Technologie und Umfang sehr unterschiedlich:

Umkehrosmose-Entsalzungsprojekte erfordern Investitionen von 1.000 bis 1.500 USD pro Tonne Wasser; die Investitionen für MEVD-Entsalzungsprojekte (Multi-Effect Vacuum Distillation) liegen zwischen 1.200 und 2.000 USD pro Tonne Wasser.

Zu den konkreten Projektbeispielen gehören:

• Das israelische Entsalzungsprojekt Sorek Phase II mit einem Investitionsvolumen von $1,5 Milliarden und einer geplanten Tageskapazität von 820.000 Tonnen.
• Das saudi-arabische Entsalzungsprojekt Rabigh Phase IV mit einem Investitionsvolumen von $0,7 Milliarden und einer täglichen Süßwasserproduktion von 600.000 Tonnen.

Das von China errichtete Entsalzungsprojekt Jubail 3A in Saudi-Arabien hat eine Tageskapazität von 600.000 Tonnen bei einer Investitionssumme von $650 Millionen; das Projekt Rabigh 3 produziert ebenfalls 600.000 Tonnen täglich bei Kosten von $690 Millionen.

Wie sieht es mit der Wirtschaftlichkeit der Entsalzung im Vergleich zu herkömmlichen Wasserquellen aus?

Die Kosten der Entsalzung werden im Vergleich zu konventionellen Wasserquellen immer wettbewerbsfähiger. In China liegen die durchschnittlichen Kosten pro Tonne entsalzten Wassers zwischen 0,8 und 0,2 usd und damit deutlich höher als die 0,8 bis 0,9 usd, die bei fortgeschrittenen Projekten in Übersee anfallen. Sie sind jedoch immer noch niedriger als die Kosten für den Wassertransfer in einigen wasserarmen Regionen.

Qingdao verfügt über eine Entsalzungskapazität von mehr als 230.000 Tonnen pro Tag. Die Baifa Desalination Co., Ltd. berechnet durchschnittliche Kosten für den industriellen Wasserverbrauch von 0,9 usd/Tonne und für den kommunalen Verbrauch von 0,75 usd/Tonne. Die Entsalzungsanlage Dongjiakou berechnet 0,65 usd pro Tonne für ihr entsalztes Wasser.

Während Meerwasserentsalzung kann zwar noch nicht vollständig Projekte zur Umleitung von Wasser zwischen den Einzugsgebieten, wie das South-to-North Water Diversion Project, ersetzen, hat aber in Küstenregionen einzigartige Vorteile. Sie dient als zusätzliche Wasserquelle zur Deckung eines Teils des industriellen und häuslichen Wasserbedarfs. Es wird erwartet, dass die Kosten für die Entsalzung mit dem technologischen Fortschritt und der zunehmenden Größe weiter sinken werden, was ihre Wettbewerbsfähigkeit gegenüber den traditionellen Wasserquellen erhöhen wird.

Werden die Kosten für die Entsalzung in Zukunft weiter sinken?

Ja, die Kosten für die Entsalzung werden voraussichtlich weiter sinken. In den letzten zwei Jahrzehnten ist der Stromverbrauch für die Aufbereitung eines Kubikmeters Meerwasser durch Umkehrosmose von 5 kWh auf unter 3 kWh gesunken. Zwischen 1999 und 2017 sind die Kosten für die Umkehrosmose und die Niedertemperatur-Multieffektdestillation um etwa 29.75% bzw. 36.97% gesunken.

Zu den wichtigsten Möglichkeiten für künftige Kostensenkungen gehören:

Technologische Innovation: Entwicklung neuer energieeffizienter Entsalzungstechnologien zur Verbesserung der Gesamtqualität und der zentralen Wettbewerbsfähigkeit. Beispiele sind die Erforschung von Graphenmembranen und Vorwärtsosmose-Systemen (FO).

Produktion von Inlandsgeräten: Die inländische Herstellung von Entsalzungsanlagen wird die technischen Kosten für inländische Entsalzungsanlagen im Vergleich zu ausländischen Anlagen um 20-30% senken und die entsprechenden Entsalzungskosten um 10-15% reduzieren.

Energie-Optimierung: Deutliche Senkung der Energiekosten durch Nutzung erneuerbarer Energiequellen (Photovoltaik, Windkraft) zur Stromerzeugung, Nutzung industrieller Abwärme (z. B. Rauchgas aus Kraftwerkskaminen, Kühlungsabgase aus Stahlwerken) und Entwicklung integrierter “Windkraft-Entsalzung-Wasserstoffproduktion”-Lösungen.

Skalenvorteile: Mit zunehmender Projektgröße werden sowohl die Investitions- als auch die Betriebskosten pro Einheit weiter sinken. Da die weltweite tägliche Entsalzungskapazität bis 2030 voraussichtlich 250 Millionen Kubikmeter erreichen wird, werden die Größenvorteile immer deutlicher werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kosten für die Meerwasserentsalzung von einem früher unerschwinglichen Niveau auf wettbewerbsfähige Preise gesunken sind. Es wird erwartet, dass künftige technologische Fortschritte und ein größerer Umfang zu weiteren Kostensenkungen führen werden, wodurch die Entsalzung zu einer wichtigen Lösung für die globale Wasserknappheit wird.