海水淡化技术的公平比较使能源发热

KAUST开展的一项研究表明，一种评估竞争对手的海水淡化技术效率的新颖方法可以帮助指导新的发展，以向城市地区提供饮用水。

2000年，全球水需求量达到了约4万亿立方米，预计到2030年将增长58%以上。淡水资源无法满足这一需求，海水淡化正成为一种越来越重要的饮用水供应方式。

世界上约60%的淡化能力依赖于反渗透系统，该系统使用电力将水推过膜以除去盐和其他杂质。其他脱盐过程使用热量将纯水从盐水中蒸发掉。预计在未来十年中，世界的海水淡化能力将增加一倍，简单的计算表明，反渗透可能是一种更加节能的方式来满足这一需求。

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，目前比较各种海水淡化方法中的能源效率的方法仅考虑了二次能源的消耗量，而忽略了类型或等级过程中消耗的能源(例如蒸汽或电力)。

他们展示了一种简单的热力学方法，该方法考虑了运行脱盐工厂所需的能源数量和质量。这种方法使用标准的通用性能比提供了一个用于比较能效的通用平台，可以在海水淡化方法之间进行更公平的比较。

例如，联合循环燃气轮机(CCGT)是当今最高效的发电站之一，它燃烧天然气以转动产生电能的涡轮机。但是他们还从燃气轮机中回收废热，并利用它们产生高压和高温的蒸汽，这可以使单独的蒸汽轮机运转，从而为电厂的电力输出做出贡献。

基于热的海水淡化厂可以与CCGT串联运行，排出相对低温的蒸汽，否则这些蒸汽将被浪费掉，并利用其通过蒸发来净化水。研究人员计算得出，以这种方式利用CCGT产生的废热可确保在连续阶段进行最有效的热脱盐选择。废热的这种使用称为多效蒸馏。

但是，即使此选项仍只能达到最大理论效率的13%。沙赫扎德说：“所有实用的脱盐方法都具有远低于热力学极限的能量效率。” 研究人员说，为了实现可持续发展目标，海水淡化的效率应在未来十年内翻一番。他说：“技术范式必定会从当今的可用模式中发生转变。”

Ng认为，基于称为石墨烯的原子薄碳片的膜或结合了几种热驱动过程的混合系统，可能有助于实现范式转换。热驱动方法需要多种热驱动过程的混合。例如，多效蒸馏与吸附循环相结合的组合，增加了低级热量输入的使用。他们认为，高达30%的热力学极限是在不久的将来实现可持续海水淡化的可实现目标。