A escassez de água doce deve aumentar em nosso futuro mais quente e mais concorrido. Já, 150 países dessalinizam a água do mar, usando combustíveis fósseis.

Mas suprir uma necessidade básica cada vez maior com combustíveis não renováveis ​​cria uma ameaça crescente, de acordo com o Dr. Diego-César Alarcón-Padilla, Responsável pela Tarefa VI do SolarPACES na Unidade de Dessalinização Solar da Plataforma Solar de Almería (PSA).

“Hoje não há usina de dessalinização de grande capacidade que esteja trabalhando com energias renováveis”, disse o Dr. Alarcón-Padilla. "Não há nenhum."

“Com a dessalinização, apresentamos um novo consumidor de energia. Com as mudanças climáticas, e o aumento da população humana, e a contaminação dos recursos hídricos atuais, ano após ano, precisamos cada vez mais de água doce, " ele disse.

“A dessalinização precisa de energia. E hoje já estamos no limite no uso de fontes fósseis, apenas para demanda recorrente. Se levarmos a sério o cumprimento de nossos compromissos de Paris de manter a temperatura do planeta acima de 2 ° C, devemos dessalinizar com energia limpa. "

Com 16, 000 usinas de dessalinização em todo o mundo e um aumento esperado de 15% na dessalinização com o aquecimento do mundo, uma política para conduzir a dessalinização solar é necessária. A Dra. Alarcón-Padilla acredita que a indústria de dessalinização não mudará sem um direcionador de políticas.

Aprenda com as políticas renováveis

Foi necessária uma legislação para colocar primeiro as novas energias renováveis, como a solar e a eólica, nas redes elétricas. Os reguladores começaram a exigir que os geradores incluíssem energia renovável no início do século 21. Mandatos e subsídios impulsionaram a transição.

Para desenvolver agora a dessalinização renovável, A Dra. Alarcón-Padilla propõe a adoção de políticas semelhantes. "Precisamos de algo como um prêmio por metro cúbico de água produzida por esta usina de dessalinização solar, ou a garantia do Estado de que vão adquirir cada metro cúbico de água "limpa" que for necessário ao público. Assim como tivemos uma tarifa feed-in para eletricidade produzida por usinas de energia renovável aqui na Espanha. ”

A preços atuais, e dependendo das diferenças regionais, ele estima que CSP (energia solar concentrada) poderia fornecer água doce da dessalinização por osmose reversa em cerca de 80 centavos de dólar por metro cúbico - cerca de 30 centavos a mais do que a dessalinização com combustível fóssil.

Uma vez que a política o impulsionou, projetos renováveis ​​foram implantados e cadeias de suprimentos desenvolvidas. Os preços das renováveis ​​caíram. Agora, muitos reguladores estabeleceram metas para a descarbonização total até 2050. O que parecia arriscado inicialmente acabou não sendo tão difícil. Em muitas regiões, solar e eólica são agora a opção de baixo preço.

O mesmo poderia acontecer na dessalinização renovável:“Porque então começaremos a ter a experiência e aprenderemos a lidar com os recursos solares variáveis ​​com a dessalinização. Aí começaríamos a ter as usinas de dessalinização solar de grande capacidade de que precisamos”.

Ele detalhou os desafios e oportunidades para uma transição semelhante para a dessalinização 100% solar.

Por que a dessalinização é uma indústria conservadora

A dessalinização começou na década de 1950 no árido Oriente Médio, com tecnologias de dessalinização térmica impulsionadas por abundante energia fóssil.

"Arábia Saudita, Kuwait e Bahrein; toda a sua água vem da dessalinização. Eles só têm água por baixo por alguns dias, então eles não podem correr riscos, " ele explicou.

"Então você pode imaginar, esta indústria é muito conservadora, onde as reservas de água são muito baixas. A população cresce a cada ano nos países árabes. E o recurso de água doce não cresce:eles não podem se dar ao luxo de falhar na implementação de uma usina de dessalinização. "

O Golfo Pérsico é um mar fechado, sem rios de água doce alimentando-o, e altas temperaturas aumentam a evaporação, aumentando ainda mais a salinidade e a temperatura.

"Existem alguns lugares onde você pode obter cerca de 45 ou até 50 gramas por litro (g / L) de sal. Além disso, você pode ter derramamento de óleo e proliferação de algas que podem causar uma falha no sistema de pré-tratamento de, por exemplo, uma planta de Osmose Reversa, " ele disse.

A dessalinização térmica é uma tecnologia comprovada bem adequada às condições adversas do Golfo, mas de um ponto de vista energético é bastante ineficiente em comparação com a osmose reversa mais difundida de hoje. Mas essa água do mar "difícil" pode danificar as membranas, parando uma planta de osmose reversa:"Então eles não vão abandonar completamente as tecnologias de dessalinização térmica. Eles querem ter as duas."

Quando combinar dessalinização térmica com CSP

Inicialmente, a energia solar térmica foi proposta como mais adequada para processos de dessalinização térmica, que basicamente usam calor para evaporar a água. Contudo, o calor para dessalinização térmica está necessariamente localizado no local da planta de dessalinização, o que cria um desafio.

"Existem dois problemas com usinas de cogeração baseadas em CSP para geração simultânea de eletricidade e dessalinização térmica da água do mar:corrosão do ar salino, e esse DNI na costa não é tão bom quanto no interior. Portanto, há uma penalidade nos custos de eletricidade e água potável. A melhor opção para este cenário é localizar a planta CSP no interior, longe dos efeitos ambientais salinos, e a fábrica de Osmose Reversa na costa, " ele notou.

A eletricidade para sesalinização por osmose reversa pode ser transmitida de longe, mas o calor para dessalinização térmica não. Então, nesse caso, CSP parece melhor combinado com osmose reversa, quando as condições da água do mar permitem o uso desta tecnologia sem problemas.

Para plantas de cogeração CSP, a dessalinização térmica é alimentada pelo calor residual disponível na saída da turbina a vapor. A viabilidade desta opção versus a produção separada de eletricidade e água dessalinizada (usando parte dessa eletricidade) depende de dois fatores:o grau de penalidade na produção de energia introduzido pelo estabelecimento de um valor de pressão mais alto para o vapor na saída da turbina ( requerido pela unidade de destilação térmica) e o custo de investimento específico da unidade de destilação.

Por exemplo, plantas CSP resfriadas a seco produzem água no inverno em cerca de 50 ° C a 60 ° C no verão, próximo à temperatura de entrada de 70 ° C que as unidades de dessalinização térmica (MED de baixa temperatura) precisam.

Nos últimos anos, muito esforço de pesquisa está sendo feito no desenvolvimento de novas superfícies de troca de calor baseadas em materiais poliméricos para usinas de destilação térmica. Tais desenvolvimentos podem reduzir substancialmente o impacto do custo do investimento no custo final da água doce.

No caso de usinas de dessalinização térmica solar autônomas, CSP é a melhor opção para fornecer a energia térmica a uma temperatura média exigida por configurações de alta eficiência:destilação de múltiplos efeitos com termocompressão, destilação multi-efeitos acoplada a bombas de calor de absorção e nanofiltração + destilação multi-efeitos.

Por que CSP é melhor emparelhado com dessalinização por Osmose Reversa (RO)

A tecnologia de dessalinização predominante de hoje usa um processo em que apenas eletricidade é usada, enviando energia 24 horas por dia para bombear água através de uma série de membranas para extrair a água doce por meio de Osmose Reversa (RO).

"Na maior parte do mundo, para aplicações de dessalinização em escala industrial, uma planta CSP acoplada a uma planta RO que usa eletricidade para a planta de energia seria uma opção melhor do que acoplá-la com dessalinização térmica, " ele notou.

"RO é mais eficiente quando você tem o que chamamos de água" não difícil ", como no Mar Mediterrâneo, no norte da África, e até mesmo no Mar Vermelho, onde a salinidade é um pouco maior, ", disse ele." Por exemplo, no Mar Mediterrâneo, a salinidade é de apenas 35 gramas por litro (g / L) e você não tem o problema de mudar as condições que podem danificar as membranas. "

O consumo específico de energia depende da salinidade da água. Quanto maior a salinidade, maior o consumo específico de energia:"Por exemplo, com a eficiência máxima, aqui na Espanha, com cerca de 34 a 35 g / l de salinidade, o consumo específico de energia típico de que cada módulo RO precisa é de cerca de 3 kWh por metro cúbico de água doce produzida. "

"Mas o Oriente Médio com salinidade mais alta, 40 a 45 g / L, tem maior consumo de eletricidade, porque você precisa de uma pressão maior, então, normalmente, eles precisam de até 4,5 kWh por metro cúbico. "

CSP + armazenamento =100% dessalinização solar

Alarcón-Padilla afirma que a única dessalinização solar verdadeiramente 100% é com CSP, devido à sua capacidade de fornecer energia firme por longos períodos com armazenamento de energia térmica (TES). Citando a recém-anunciada fábrica de Metito na Arábia Saudita, supostamente alimentado por energia solar fotovoltaica, ele observou que, ao cair da noite, a usina passará para a rede elétrica.

"Para mim, isso não é dessalinização solar, "disse ele." A verdadeira dessalinização solar é quando você enfrenta o desafio de lidar com uma fonte variável de energia como a solar. O CSP pode fornecer um perfil muito plano. Tem uma vantagem devido à sua despachabilidade. "

"Em princípio, o PV parece mais barato, mas você tem o problema de falta de despacho. O fornecimento de energia não é plano. É variável ao longo do dia. Além disso, o PV não tem armazenamento barato disponível para grande capacidade. "

A dessalinização não pode ser desligada quando as nuvens passam, ele apontou. "Você pode ter problemas de descamação na membrana se continuar ligando e desligando.

Como resultado, quando PV é proposto, deve ser feito backup na grade, resultando em muito menos de 100% de dessalinização solar:"Quando esta usina de dessalinização" solar "está tirando eletricidade da rede, para mim, esta é apenas uma planta fotovoltaica que coloca eletricidade na rede "

O mesmo problema se aplica ao CSP sem armazenamento, claro. Ao pôr do sol, sem energia armazenada, O CSP também mudaria para energia da rede. O armazenamento também ajuda financeiramente:"Você deseja manter a planta de RO trabalhando o número máximo de horas para reduzir o impacto do custo de investimento e o custo final da água."

Mas há mais de um tipo de armazenamento. Além do armazenamento térmico do CSP, tanto ele quanto o PV podem simplesmente armazenar qualquer excedente "solar derramado" em água doce, aumentando a lucratividade.

"Armazenar energia é muito caro, mas armazenar água - apenas em um tanque de água normal - é muito barato, "Alarcon-Padilla observou." Quando a demanda de eletricidade está baixa, você pode colocar os módulos de dessalinização em operação para produzir mais água doce. "