Een nieuwe manier om de efficiëntie van rivaliserende ontziltingstechnologieën te beoordelen, zou kunnen helpen om nieuwe ontwikkelingen te sturen om drinkwater in stedelijke gebieden te leveren, toont onderzoek uitgevoerd bij KAUST.

De wereldwijde vraag naar water bereikte in 2000 ongeveer 4000 miljard kubieke meter en zal tegen 2030 naar verwachting met meer dan 58 procent groeien. Zoetwaterbronnen kunnen deze vraag niet bijhouden, en ontzilting van zeewater wordt een steeds belangrijker manier om drinkwater te leveren.

Ongeveer 60 procent van de ontziltingscapaciteit van de wereld is afhankelijk van systemen voor omgekeerde osmose, die elektrische stroom gebruiken om water door een membraan te duwen om zout en andere onzuiverheden te verwijderen. Andere ontziltingsprocessen gebruiken warmte om zuiver water uit zout water te verdampen. De ontziltingscapaciteit van de wereld zal naar verwachting de komende tien jaar verdubbelen, en simplistische berekeningen suggereren dat omgekeerde osmose een energie-efficiëntere manier zou kunnen zijn om aan die behoefte te voldoen.

Maar Mohammed Wakil Shahzad, Muhammad Burhan en Kim Choon Ng van het waterontziltings- en hergebruikcentrum van KAUST, wijzen erop dat de huidige manieren om energie-efficiëntie te vergelijken bij de verschillende methoden voor ontzilting van zeewater alleen rekening houden met de hoeveelheid secundair energieverbruik, maar het type of de graad van energie negeert (bijvoorbeeld stoom of elektriciteit) verbruikt in het proces.

Ze hebben een eenvoudige thermodynamische benadering aangetoond die rekening houdt met de kwantiteit en de kwaliteit van de energie die nodig is om een ​​ontziltingsinstallatie te laten draaien. Deze aanpak levert een gemeenschappelijk platform op voor het vergelijken van energie-efficiëntie, waarbij gebruik wordt gemaakt van een standaard universele prestatieverhouding die een eerlijkere vergelijking biedt tussen methoden voor ontzilting van zeewater.

Bijvoorbeeld, gecombineerde cyclus gasturbines (STEG's) behoren tot de meest efficiënte elektriciteitsopwekkingscentrales van dit moment, aardgas verbranden om een ​​turbine te laten draaien die de elektriciteit opwekt. Maar ze recupereren ook de uitlaatwarmte van de gasturbines en gebruiken deze om stoom te creëren onder hoge druk en hoge temperatuur, die afzonderlijke stoomturbines kunnen draaien die bijdragen aan de elektriciteitsproductie van de centrale.

Op warmte gebaseerde ontziltingsinstallaties kunnen samenwerken met STEG's, het aftappen van relatief lage temperatuurstoom die anders verloren zou gaan en het gebruiken om water te zuiveren door verdamping. De onderzoekers berekenden dat het op deze manier benutten van restwarmte van een STEG zorgt voor de meest efficiënte optie van thermische ontzilting in opeenvolgende fasen. Dit gebruik van restwarmte wordt multi-effect distillatie genoemd.

Echter, zelfs deze optie haalt nog steeds maar 13 procent van het maximale theoretische rendement. "Alle praktische ontziltingsmethoden hebben een energie-efficiëntie die ver onder de thermodynamische limiet ligt, ", zegt Shahzad. Om duurzame ontwikkelingsdoelen te bereiken, de efficiëntie van ontzilting moet het komende decennium verdubbelen, zeggen de onderzoekers. "Er moet een verschuiving zijn in het technologieparadigma van wat vandaag beschikbaar is, " hij gaat door.

Ng suggereert dat membranen op basis van atoomdunne koolstofplaten, grafeen genaamd, of hybride systemen die verschillende thermisch aangedreven processen combineren, zou kunnen helpen om een ​​paradigmaverschuiving te bewerkstelligen. Thermisch aangedreven methoden vereisen een hybride van verschillende thermisch aangedreven processen; bijvoorbeeld, een combinatie van multi-effect destillatie gehybridiseerd met een adsorptiecyclus die het gebruik van laagwaardige warmte-invoer verhoogt. Ze geloven dat tot 30 procent van de thermodynamische limiet een haalbaar doel is voor duurzame ontzilting van zeewater in de nabije toekomst.