Una forma novedosa de evaluar la eficiencia de las tecnologías de desalinización rivales podría ayudar a orientar los nuevos desarrollos para entregar suministros de agua potable en áreas urbanas. muestra la investigación realizada en KAUST.

La demanda mundial de agua alcanzó aproximadamente 4000 mil millones de metros cúbicos en 2000 y se prevé que crezca en más del 58 por ciento para 2030. Las fuentes de agua dulce no pueden satisfacer esta demanda, y la desalinización del agua de mar se está convirtiendo en una forma cada vez más importante de suministrar agua potable.

Aproximadamente el 60 por ciento de la capacidad de desalinización del mundo se basa en sistemas de ósmosis inversa, que utilizan energía eléctrica para empujar el agua a través de una membrana para eliminar la sal y otras impurezas. Otros procesos de desalinización utilizan calor para evaporar el agua pura del agua salada. Se espera que la capacidad de desalinización mundial se duplique durante la próxima década, y los cálculos simplistas sugieren que la ósmosis inversa podría ser una forma más eficiente desde el punto de vista energético de satisfacer esa necesidad.

Pero Muhammad Wakil Shahzad, Muhammad Burhan y Kim Choon Ng del Centro de Reutilización y Desalación de Agua de KAUST, Señalan que las formas actuales de comparar la eficiencia energética en los diversos métodos de desalación de agua de mar consideran solo la cantidad de consumo de energía secundaria, pero ignoran el tipo o grado de energía (por ejemplo, vapor o electricidad) consumidos en el proceso.

Han demostrado un enfoque termodinámico simple que tiene en cuenta la cantidad y la calidad de la energía necesaria para hacer funcionar una planta desalinizadora. Este enfoque produce una plataforma común para la comparación de la eficiencia energética que utiliza una relación de rendimiento universal estándar que ofrece una comparación más justa entre los métodos de desalinización de agua de mar.

Por ejemplo, Las turbinas de gas de ciclo combinado (CCGT) se encuentran entre las centrales eléctricas generadoras de electricidad más eficientes en la actualidad. quema de gas natural para hacer girar una turbina que genera la electricidad. Pero también recuperan el calor de escape de las turbinas de gas y lo utilizan para crear vapor a alta presión y alta temperatura. que puede hacer girar turbinas de vapor independientes que contribuyen a la producción de electricidad de la planta.

Las plantas de desalinización a base de calor pueden funcionar en conjunto con CCGT, purgar vapor de temperatura relativamente baja que de otro modo se desperdiciaría y usarlo para purificar el agua por evaporación. Los investigadores calcularon que aprovechar el calor residual de un CCGT de esta manera asegura que la opción más eficiente de desalación térmica ocurra en etapas sucesivas. Este uso de calor residual se denomina destilación de efectos múltiples.

Sin embargo, incluso esta opción solo alcanza hasta el 13 por ciento de la eficiencia teórica máxima. "Todos los métodos prácticos de desalinización tienen eficiencias energéticas muy por debajo del límite termodinámico, "dice Shahzad. Para lograr los objetivos de desarrollo sostenible, la eficiencia de la desalación debería duplicarse en la próxima década, dicen los investigadores. "Debe haber un cambio en el paradigma tecnológico de lo que está disponible hoy, " él continúa.

Ng sugiere que las membranas basadas en láminas de carbono delgadas como átomos llamadas grafeno, o sistemas híbridos que combinan varios procesos impulsados ​​térmicamente, podría ayudar a lograr un cambio de paradigma. Los métodos impulsados ​​térmicamente requieren un híbrido de varios procesos impulsados ​​térmicamente; por ejemplo, una combinación de destilación de efectos múltiples hibridada con un ciclo de adsorción que aumenta el uso de entrada de calor de bajo grado. Creen que hasta el 30 por ciento del límite termodinámico es un objetivo alcanzable para la desalinización sostenible del agua de mar en un futuro próximo.