Geothermische Entsalzung

Die direkte Nutzung und Stromerzeugung aus geothermischen Ressourcen nimmt weltweit stetig zu. Obwohl geothermische Energieressourcen in weiten Teilen der Welt reichlich vorhanden sind, werden sie für Entsalzungsanwendungen noch nicht ausreichend genutzt. Geothermische Ressourcen haben das Potenzial, als hervorragende Wärmequellen für thermische Entsalzungsprozesse zu dienen. Da thermische Entsalzungsprozesse große Mengen an Wärmequellen benötigen, ist eine geothermische Energiequelle eine praktikable, nachhaltige und umweltfreundliche Option. Der Vorteil von geothermischen Quellen ist, dass sie sowohl als Wärmequelle als auch als Speichermedium für die Nutzung von Prozessenergie dienen können. Wenn diese Wasserquellen einen hohen Gehalt an gelösten Feststoffen aufweisen, können sie als Speisewasser für den Entsalzungsprozess dienen. Da der externe Energieverbrauch mit Ausnahme des mechanischen Energiebedarfs minimiert wird, könnten geothermische Entsalzungsprozesse im Vergleich zu anderen Entsalzungsprozessen, die mit nicht erneuerbarer Energie betrieben werden, geringere Umweltauswirkungen haben. Kraft-Wärme-Kopplungssysteme für die gleichzeitige Erzeugung von Wasser und Strom sind mit geothermischen Ressourcen ebenso möglich wie die Polygeneration mit mehrfachen Prozessvorteilen in Bezug auf Kühl- und Heizanwendungen.

Bedarf an Trinkwasser

Die Nachfrage nach Süßwasser steigt aufgrund des Wachstums der Weltbevölkerung, was eine wachsende Nachfrage nach Süßwasser für landwirtschaftliche und industrielle Zwecke mit sich bringt. Die Verfügbarkeit von Süßwasser auf der Erde ist jedoch begrenzt, und in vielen Ländern herrscht akute Wasserknappheit. Die Wasserentsalzung könnte eine mögliche Lösung für dieses Problem sein. Von den zahlreichen bestehenden Entsalzungstechnologien sind drei besonders vielversprechend: Umkehrosmose (RO), Multi-Stage-Flash (MSF) und Multi-Effekt-Destillation (MED). Der Energieverbrauch von Entsalzungsprozessen wird durch Faktoren wie die Kapazität der Entsalzungsanlage (klein, mittel, groß), die Energiequelle (Elektrizität vs. thermisch), die Art des Speisewassers (Brackwasser vs. Meerwasser), die Entsalzungsmethode (thermisch vs. Membran), den Einsatz erneuerbarer Energiequellen (Sonne, Wind, Erdwärme) und die Notwendigkeit einer Vorbehandlung des Speisewassers (mechanisch und/oder chemisch) bestimmt. Feldstudien zeigen, dass Membrantechnologien am wenigsten energieintensiv sind. BW RO von mittlerem und großem Umfang benötigt 1,9 kW h/m3. Es folgen mittlere und große SW RO mit 4,3 und 4,4 kW h/m3 Energieverbrauch. Die thermischen Entsalzungstechniken, vor allem MSF und MED, haben einen viel höheren Energiebedarf als die Membrantechniken. Sie verbrauchen 17,1 bzw. 11,9 kW h/m3 , aber die thermischen Technologien sind für die Entsalzung von stark salzhaltigem Wasser effizienter. Dennoch sind membranbasierte Entsalzungsmethoden aufgrund ihres geringeren Energiebedarfs und ihres geringen Platzbedarfs beliebter als thermische Technologien, und bei der Integration von Umkehrosmoseanlagen mit erneuerbaren Energiequellen, vor allem Wind- und Sonnenenergie, wurden erhebliche Auswirkungen beobachtet. Die Energiebilanz dieser Art von Entsalzungstechnologie liegt zwischen der von Membran- und thermischen Verfahren. Der Energieverbrauch von Entsalzungsanlagen, die mit erneuerbaren Energien betrieben werden, liegt zwischen 1,5 und 21,1 kW h/m3. Ihr größter Nachteil ist ihre geringe Kapazität, die sie gegenüber konventionell betriebenen Anlagen nicht wettbewerbsfähig macht. Man könnte sagen, dass die Menschheit weltweit 7 kWh Energie verbraucht, um 1 m3 Wasser zu entsalzen.

Der vorliegende Projektvorschlag zielt darauf ab, diese Palette von Technologien um eine neue Option zu erweitern, indem die geothermische Energiekomponente in den Heizprozess einbezogen wird. Dieses Ziel ist sowohl innovativ als auch wirtschaftlich machbar. Geothermische Energie kann nach Bedarf und in großen Mengen geliefert werden und bietet daher Größenvorteile.

Entsalzungsprozesse erfordern verschiedene Arten von Energie, entweder thermische oder elektrische. Membrantechnologien benötigen keine thermische Energie, alle Prozessschritte erfolgen mit Strom. Bei Umkehrosmoseanlagen wird Energie benötigt, um einen hohen Druck zu erzeugen, der das Wasser durch die Membran drückt. ED-Anlagen benötigen elektrische Energie, um eine elektrische Potentialdifferenz zu erzeugen. Thermische Technologien benötigen sowohl elektrische als auch thermische Energie, um Meerwasser zu verdampfen und die Salze im Meerwasser zu trennen. Entsalzungstechnologien wie MSF und MED nutzen thermische Energie als primäre Quelle und Strom zum Antrieb der zugehörigen Pumpen als sekundäre Quelle. Thermische Verfahren gelten als teurer als Membranverfahren, da traditionell große Mengen an fossilen Brennstoffen benötigt werden, um Salzwasser zu verdampfen. Für die Entsalzung von stark salzhaltigem Wasser sind sie jedoch effizienter als Membrantechnologien. Dieser Vorschlag zielt darauf ab, das fossile Heizverfahren durch die Nutzung geothermischer Energie zu ersetzen. Wärmeenergie könnte aus mit fossilen Brennstoffen befeuerten Heizkesseln, Abwärme aus Kraftwerken, erneuerbaren Energiequellen und industriellen Abwärmequellen gewonnen werden. Grundsätzlich ist der hohe Energieverbrauch ein kritischer Faktor, der die Wirtschaftlichkeit der Entsalzung beeinflusst. Es ist notwendig, die Entsalzungsprozesse durch die Verbesserung von Technologie und Ausrüstung so energieeffizient wie möglich zu gestalten.

Energieverbrauch bei der Entsalzung

Energie-Lösungen

Die Einbeziehung der Geothermie bietet zwei verschiedene Möglichkeiten für Energielösungen:

1. Elektrizitätserzeugung. Bei dieser Möglichkeit würde die geothermische Energie zur Erzeugung von Dampf genutzt, mit dem eine Turbine zur Stromerzeugung angetrieben wird

2. Dampferzeugung. Wie bereits erörtert, ist die effizienteste Art der Entsalzung (insbesondere bei hohem Salzgehalt des Meerwassers) die Dampfkompression, die mehrstufige Flash-Destillation oder die Multi-Effekt-Destillation. Gemeinsam ist diesen Methoden, dass das Meerwasser erhitzt werden muss. Dies kann direkt durch die Nutzung der geothermischen Sole geschehen (über Wärmetauscher/Verdampfer)