Costul desalinizării pe galon: Energie, tehnologie și compromisuri de mediu

Tehnologia de desalinizare transformă apa de mare în apă dulce potabilă sau utilizabilă prin eliminarea sărurilor și a impurităților. Această tehnologie se caracterizează prin independența sa față de inundații, migrație, prejudecăți politice și constrângeri climatice. Fiabilitatea și calitatea aprovizionării cu apă nu sunt afectate de localizarea geografică, condițiile de mediu, tiparele climatice sau factorii sociali. Având în vedere diminuarea resurselor de apă dulce din cauza încălzirii globale, a deșertificării și a poluării mediului, precum și creșterea populației globale, desalinizarea a avansat rapid în ultimii ani. Aceasta s-a dovedit a fi o opțiune fiabilă și eficientă de aprovizionare cu apă, reprezentând o soluție vitală pentru rezolvarea problemei lipsei de resurse în regiunile de coastă și în insulele din larg.

Care sunt tehnologiile de desalinizare?

În prezent, desalinizarea utilizează în principal două categorii majore de tehnologii: metode termice (distilare) și ro metode cu membrană (osmoză inversă).

Metodele termice includ Multi-Stage Flash (MSF) și Multi-Effect Distillation (MED). MSF presupune introducerea apei de mare încălzite într-un vas cu presiune scăzută pentru evaporare și condensare instantanee; MED utilizează mai multe treceri de abur pentru a încălzi și evapora secvențial apa de mare. Metodele termice sunt mature și foarte sigure, dar consumă o cantitate semnificativă de energie.

Metodele membranare implică în principal tehnologia osmozei inverse (RO), care utilizează o presiune ridicată pentru a forța apa de mare să treacă printr-o membrană semipermeabilă, reținând sărurile și permițând în același timp trecerea apei dulci. Principalul consum de energie al OI constă în energia electrică utilizată de pompele de înaltă presiune, care reprezintă 40%-50% din costuri. Cu toate acestea, consumul global de energie este relativ scăzut (aproximativ 3-4 kWh/metru cub), ceea ce o face tehnologia de desalinizare a apei de mare cu cea mai rapidă creștere.

Care este costul desalinizării apei de mare pe galon?

Costurile desalinizării apei de mare variază semnificativ în funcție de tehnologie, scară și localizare geografică. Conform cercetărilor internaționale și experienței practice, costurile variază de obicei de la $0,5 la $3 pe metru cub

În China, desalinizarea prin osmoză inversă costă aproximativ $0,61-$1,22/tonă, în timp ce tehnologiile de desalinizare termică costă $0,92-$1,83/tonă. Convertit în cost pe galon, acest lucru echivalează cu aproximativ $0,002-$0,005 pe galon.

La nivel internațional, costurile de desalinizare prezintă o mai mare diversitate. În Orientul Mijlociu, economiile de scară și subvențiile pot reduce costurile până la $0,31-$0,61/tonă. Ofertele recente pentru proiecte internaționale de desalinizare au ajuns chiar la 0,4-0,6 USD/metru cub. Anumite proiecte saudite care utilizează tehnologia de cuplare solară ating costuri de până la 0,4 USD/tonă.

 Care sunt costurile de construcție ale instalațiilor globale de desalinizare?

Mai jos este prezentată o comparație a costurilor de construcție pentru 15 instalații de desalinizare reprezentative:

Numele proiectului	Regiunea	Capacitate (10^4 m³/zi)	Tehnologie	Anul finalizării	Costul de construcție
Shubaybah 3	Mecca, Arabia Saudită	128.2	MSF, RO	2019	$821 milioane
Sorek	Tel Aviv, Israel	117.2	RO	2023	$1,5 miliarde
Ras Al-Khair	Arabia Saudită	103.6	MSF, RO	2014	$1,76 miliarde
Tawila	Abu Dhabi, EAU	90.92	RO	2022	$890 milioane
Parcul industrial Jubail 3A	Arabia Saudită	60	RO	2022	$650 milioane

Care sunt capacitățile de producție și caracteristicile tehnologice ale primelor cinci instalații de desalinizare din lume?

1. Ras Al-Khair, Arabia Saudită: Capacitate zilnică de 1,036 milioane de metri cubi, utilizând un proces combinat MSF și RO cu generare integrată de energie, pusă în funcțiune în 2014.
2. Tawila, EAU: Capacitate zilnică de 909.200 metri cubi, tehnologie RO pură, operațională din 2022, cu costuri de până la $0,0018 pe galon.
3. Shuaiba 3, Arabia Saudită: Capacitate zilnică de 1 282 000 de metri cubi, extinsă pentru a deveni cea mai mare din lume, combinând tehnologiile MSF și RO.
4. Arabia Saudită Jubail: Capacitate zilnică de 800.000 de metri cubi, model de cogenerare (CHP), utilizând tehnologia de distilare multi-efect (MED).
5. EAU Um Al Quwain: Capacitate zilnică de 682.000 de metri cubi, proces RO pur, construit de China Gezhouba Group, operațional din 2022.

Stadiul actual al aplicațiilor globale ale tehnologiilor de desalinizare

• Regiunea Orientul Mijlociu: Țări precum Arabia Saudită și Emiratele Arabe Unite se bazează pe desalinizare pentru peste 90% din necesarul lor de apă potabilă. Arabia Saudită găzduiește cel mai mare grup de instalații de desalinizare din lume.
• Singapore: Utilizând tehnologia RO avansată, apa desalinizată reprezintă 30% din aprovizionarea totală cu apă, devenind o sursă principală de apă.
• China: Orașele de coastă precum Shanghai și Tianjin promovează desalinizarea pentru răcire industrială și uz municipal, cu o capacitate anuală de peste un milion de tone.
• Australia: Australia de Vest construiește instalații de desalinizare pe scară largă pentru a face față lipsei de apă în climatele aride.

Ce factori influențează costurile de desalinizare?

Costurile desalinizării apei de mare sunt influențate de mai mulți factori, printre care se numără în principal:

Cheltuieli cu energia: Aceasta constituie cea mai mare componentă a costurilor. Pentru osmoza inversă, costurile cu energia electrică reprezintă 41,49% din cheltuielile totale; pentru distilarea multi-efect, costurile cu aburul reprezintă 34,76% din costurile totale. O reducere cu 20% a prețurilor la energia electrică scade costurile de producție a apei prin osmoză inversă cu 11,86% pe tonă.

Investiții de capital: Inclusiv achizițiile de echipamente și costurile de construcție, acestea constituie o parte semnificativă a cheltuielilor totale. Achizițiile de echipamente și instrumente reprezintă aproximativ 58% din investițiile de capital. O reducere cu 20% a investițiilor de capital poate reduce costurile de producție ale desalinizării cu 14,68%.

Economii de scară: Proiectele mai mari generează costuri unitare mai mici. Proiectele cu volume mai mari de producție zilnică prezintă costuri reduse de desalinizare per tonă de apă.

Locația geografică și calitatea apei: Costurile mai ridicate apar în zonele cu o calitate slabă a apei de mare sau cu acces limitat la energie ieftină. Regiunile de coastă au, în general, costuri mai mici, în timp ce zonele interioare tind să fie mai scumpe.

Selectarea tehnologiei: Osmoza inversă oferă de obicei costuri mai mici decât metodele termice. Cu toate acestea, costurile termice pot fi reduse semnificativ în cazul în care sunt disponibile resurse ieftine de abur sau de căldură reziduală.

Cât de mult din cost este atribuit consumului de energie?

Consumul de energie constituie principala componentă a costurilor de desalinizare. Pentru procese de desalinizare prin osmoză inversă, consumul de energie electrică variază de la 3-5 kWh pe tonă de apă, cheltuielile cu energia electrică reprezentând 40%-50% din costurile totale.

Pentru procesele de desalinizare prin distilare cu efecte multiple (MED), consumul de energie electrică este de 0,9-1,5 kWh pe tonă, dar este nevoie și de energie de abur. Atunci când aburul provine din aburul de evacuare sau din căldura reziduală, costurile aburului devin neglijabile, reducând substanțial cheltuielile de producție a apei.

Proiectul de desalinizare Rabigh Phase IV din Arabia Saudită utilizează tehnologii avansate, reducând consumul de energie electrică la 2,78 kWh pe tonă de apă produsă. La tarifele industriale ale electricității din Arabia Saudită, costul desalinizării unei tone de apă de mare este de numai $0,3.

Care sunt costurile de investiții pentru proiectele de desalinizare la scară largă?

Proiectele de desalinizare la scară largă implică costuri de investiții substanțiale. Acestea variază semnificativ în funcție de tehnologie și de scară:

Proiectele de desalinizare prin osmoză inversă necesită investiții de 1.000-1.500 USD pe tonă de apă; investițiile pentru proiectele de desalinizare prin distilare în vid cu efecte multiple (MEVD) variază între 1.200 și 2.000 USD pe tonă de apă.

Exemple de proiecte specifice includ:

• Proiectul israelian de desalinizare Sorek faza II, cu o investiție de $1,5 miliarde și o capacitate zilnică proiectată de 820 000 de tone.
• Proiectul de desalinizare Rabigh Phase IV din Arabia Saudită, cu o investiție de $0,7 miliarde și o producție zilnică de apă dulce de 600 000 de tone.

Proiectul de desalinizare Jubail 3A din Arabia Saudită, construit de China, are o capacitate zilnică de 600 000 de tone, cu o investiție de $650 milioane; proiectul Rabigh 3 produce, de asemenea, 600 000 de tone pe zi, la un cost de $690 milioane.

Cum se compară economia desalinizării cu sursele tradiționale de apă?

Costurile desalinizării devin din ce în ce mai competitive față de sursele convenționale de apă. În China, costul mediu pe tonă de apă desalinizată variază între 0,8 și 0,2 usd, semnificativ mai mare decât cel de 0,8 - 0,9 usd înregistrat în proiectele avansate din străinătate. Cu toate acestea, acesta rămâne mai mic decât costurile de transfer al apei în unele regiuni cu deficit de apă.

Qingdao a stabilit o capacitate de desalinizare de peste 230 000 de tone pe zi. Baifa Desalination Co., Ltd. percepe un cost mediu de utilizare industrială a apei de 0,9 usd/tonă și un cost de utilizare municipală de 0,75 usd/tonă. Uzina de desalinizare Dongjiakou percepe o taxă de 0,65 usd pe tonă pentru apa desalinizată.

În timp ce desalinizarea apei de mare nu poate înlocui încă pe deplin proiectele de deviere a apei între bazine, cum ar fi proiectul de deviere a apei de la sud la nord, acesta prezintă avantaje unice în regiunile de coastă. Aceasta servește ca sursă suplimentară de apă pentru a satisface anumite cereri de apă industriale și casnice. Datorită progreselor tehnologice și a creșterii dimensiunii, se preconizează că costurile de desalinizare vor scădea în continuare, sporindu-i competitivitatea față de sursele tradiționale de apă.

Vor continua costurile de desalinizare să scadă în viitor?

Da, costurile de desalinizare sunt proiectate să continue să scadă. În ultimele două decenii, consumul de energie electrică necesar pentru tratarea unui metru cub de apă de mare cu ajutorul tehnologiei osmozei inverse a scăzut de la 5 kWh la sub 3 kWh. Între 1999 și 2017, costurile pentru osmoza inversă și distilarea multi-efect la temperatură scăzută au scăzut cu aproximativ 29,75% și, respectiv, 36,97%.

Principalele căi de reducere viitoare a costurilor includ:

Inovare tehnologică: Dezvoltarea de noi tehnologii de desalinizare eficiente din punct de vedere energetic pentru a îmbunătăți calitatea generală și competitivitatea de bază. Exemplele includ cercetarea în domeniul membranelor de grafen și al sistemelor de osmoză directă (FO).

Producția internă de echipamente: Realizarea producției interne de echipamente de desalinizare va reduce costurile de inginerie pentru instalațiile de desalinizare interne cu 20-30% în comparație cu omologii străini, reducând costurile de desalinizare corespunzătoare cu 10-15%.

Optimizarea energiei: Reducerea semnificativă a costurilor energetice prin utilizarea surselor de energie regenerabilă (fotovoltaică, eoliană) pentru producerea de energie, valorificarea căldurii reziduale industriale (de exemplu, gazele de ardere de la coșurile centralelor electrice, gazele de răcire de la oțelării) și dezvoltarea de soluții integrate de “energie eoliană-desalinizare-producție de hidrogen”.

Economii de scară: Pe măsură ce amploarea proiectelor crește, atât costurile unitare de investiție, cât și costurile operaționale vor continua să scadă. Având în vedere că se estimează că capacitatea zilnică globală de desalinizare va ajunge la 250 de milioane de metri cubi până în 2030, economiile de scară vor deveni din ce în ce mai pronunțate.

Pe scurt, costurile desalinizării apei de mare au scăzut de la niveluri prohibitive până în prezent la rate competitive. Se preconizează că progresele tehnologice viitoare și creșterea dimensiunii vor conduce la reduceri suplimentare ale costurilor, poziționând desalinizarea ca o soluție-cheie la provocările globale legate de deficitul de apă.