海水淡化技術的公平比較使能源發熱

KAUST開展的一項研究表明，一種評估競爭對手的海水淡化技術效率的新穎方法可以幫助指導新的發展，以向城市地區提供飲用水。

2000年，全球水需求量達到了約4萬億立方米，預計到2030年將增長58%以上。淡水資源無法滿足這一需求，海水淡化正成為一種越來越重要的飲用水供應方式。

世界上約60%的淡化能力依賴于反滲透系統，該系統使用電力將水推過膜以除去鹽和其他雜質。其他脫鹽過程使用熱量將純水從鹽水中蒸發掉。預計在未來十年中，世界的海水淡化能力將增加一倍，簡單的計算表明，反滲透可能是一種更加節能的方式來滿足這一需求。

但是，KAUST的海水淡化和再利用中心的Muhammad Wakil Shahzad，Muhammad Burhan和Kim Choon Ng指出，目前比較各種海水淡化方法中的能源效率的方法僅考慮了二次能源的消耗量，而忽略了類型或等級過程中消耗的能源(例如蒸汽或電力)。

他們展示了一種簡單的熱力學方法，該方法考慮了運行脫鹽工廠所需的能源數量和質量。這種方法使用標準的通用性能比提供了一個用于比較能效的通用平臺，可以在海水淡化方法之間進行更公平的比較。

例如，聯合循環燃氣輪機(CCGT)是當今最高效的發電站之一，它燃燒天然氣以轉動產生電能的渦輪機。但是他們還從燃氣輪機中回收廢熱，并利用它們產生高壓和高溫的蒸汽，這可以使單獨的蒸汽輪機運轉，從而為電廠的電力輸出做出貢獻。

基于熱的海水淡化廠可以與CCGT串聯運行，排出相對低溫的蒸汽，否則這些蒸汽將被浪費掉，并利用其通過蒸發來凈化水。研究人員計算得出，以這種方式利用CCGT產生的廢熱可確保在連續階段進行最有效的熱脫鹽選擇。廢熱的這種使用稱為多效蒸餾。

但是，即使此選項仍只能達到最大理論效率的13%。沙赫扎德說：“所有實用的脫鹽方法都具有遠低于熱力學極限的能量效率。” 研究人員說，為了實現可持續發展目標，海水淡化的效率應在未來十年內翻一番。他說：“技術范式必定會從當今的可用模式中發生轉變。”

Ng認為，基于稱為石墨烯的原子薄碳片的膜或結合了幾種熱驅動過程的混合系統，可能有助于實現范式轉換。熱驅動方法需要多種熱驅動過程的混合。例如，多效蒸餾與吸附循環相結合的組合，增加了低級熱量輸入的使用。他們認為，高達30%的熱力學極限是在不久的將來實現可持續海水淡化的可實現目標。