Dessalement géothermique

L'utilisation directe et la production d'électricité à partir de ressources géothermiques augmentent à un rythme soutenu dans le monde entier. Bien que les sources d'énergie géothermique soient abondamment disponibles dans de grandes parties du monde, elles sont encore sous-utilisées pour les applications de dessalement. Les ressources géothermiques peuvent potentiellement servir d'excellentes sources de chaleur pour les processus de dessalement thermique. Étant donné que les procédés de dessalement thermique nécessitent de grandes quantités de sources de chaleur, une source d'énergie géothermique représente une option viable, durable et respectueuse de l'environnement. L'avantage des sources géothermiques est qu'elles peuvent servir à la fois de source de chaleur et de moyen de stockage pour l'utilisation de l'énergie du procédé. Si ces sources d'eau ont une teneur élevée en solides dissous, elles peuvent servir d'eau d'alimentation pour le processus de dessalement. La consommation d'énergie externe étant réduite au minimum, à l'exception des besoins en énergie mécanique, les procédés de dessalement géothermiques pourraient avoir un impact environnemental moindre par rapport à d'autres procédés de dessalement utilisant des énergies non renouvelables. Les programmes de cogénération pour la production simultanée d'eau et d'électricité sont également possibles avec les ressources géothermiques, tout comme la polygénération avec de multiples avantages de processus en termes d'applications de refroidissement et de chauffage.

Exigences en matière d'eau potable

La demande d'eau douce augmente en raison de la croissance de la population mondiale, qui entraîne une demande croissante d'eau douce à des fins agricoles et industrielles. Cependant, la disponibilité d'eau douce sur Terre est limitée et de nombreux pays connaissent de graves pénuries d'eau. Le dessalement de l'eau pourrait être une solution possible à ce problème. Parmi les nombreuses technologies de dessalement existantes, trois sont particulièrement prometteuses : l'osmose inverse (RO), le flash multi-étapes (MSF) et la distillation multi-effets (MED). La consommation d'énergie des procédés de dessalement est déterminée par des facteurs tels que la capacité de l'usine de dessalement (petite, moyenne, grande), la source d'énergie (électrique ou thermique), le type d'eau d'alimentation (saumâtre (BW) ou eau de mer (SW)), la méthode de dessalement (thermique ou à membrane), l'utilisation de sources d'énergie renouvelables (solaire, éolienne, géothermique) et la nécessité d'un prétraitement de l'eau d'alimentation (mécanique et/ou chimique). Les études de terrain indiquent que les technologies à membrane sont les moins gourmandes en énergie. L'osmose inverse à moyenne et grande échelle nécessite 1,9 kW h/m3. Viennent ensuite l'osmose inverse à moyenne échelle et l'osmose inverse à grande échelle avec une consommation d'énergie de 4,3 et 4,4 kW h/m3. Les techniques de dessalement thermique, principalement MSF et MED, ont une empreinte énergétique beaucoup plus élevée que les techniques à membrane. Elles consomment respectivement 17,1 et 11,9 kW h/m3, mais les technologies thermiques sont plus efficaces pour le dessalement des eaux hautement salines. Néanmoins, en raison de leur nature moins énergivore et de leur faible empreinte, les méthodes de dessalement à base de membranes sont devenues plus populaires que les technologies thermiques, et des effects significatifs ont été observés dans l'intégration de l'OI avec des sources d'énergie renouvelables, principalement l'énergie éolienne et solaire. L'empreinte énergétique de ce type de technologies de dessalement se situe entre celle des voies membranaire et thermique. La consommation énergétique des usines de dessalement alimentées par des sources d'énergie renouvelables varie de 1,5 à 21,1 kW h/m3. Leur principal inconvénient est leur faible capacité, ce qui les rend peu compétitives par rapport aux usines à alimentation conventionnelle. On peut dire que l'humanité consomme globalement 7 kW h d'énergie pour le dessalement d'un m3 d'eau.

Les processus de dessalement nécessitent différents types d'énergie, thermique ou électrique. Les technologies membranaires ne nécessitent pas d'énergie thermique, toutes les étapes du processus sont réalisées à l'aide d'électricité. Pour les usines d'osmose inverse, de l'énergie est nécessaire pour générer une pression élevée afin de forcer l'eau à traverser la membrane. Les usines d'électrolyse nécessitent de l'énergie électrique pour créer une différence de potentiel électrique. Les technologies thermiques nécessitent à la fois de l'énergie électrique et de l'énergie thermique pour évaporer l'eau de mer et séparer les sels qu'elle contient. Les technologies de dessalement, comme le MSF et le MED, utilisent l'énergie thermique comme source primaire et l'électricité pour faire fonctionner les pompes associées comme source secondaire. Les méthodes thermiques sont considérées comme plus coûteuses que les méthodes à membrane car, traditionnellement, de grandes quantités de combustibles fossiles sont rares pour évaporer l'eau salée. Cependant, elles sont plus efficaces que les technologies à membrane pour le dessalement des eaux hautement salines. Cette proposition vise à remplacer le processus de chauffage fossile par l'utilisation de l'énergie géothermique. L'énergie thermique pourrait être obtenue à partir de chaudières à combustible fossile, de la chaleur résiduelle des centrales électriques, de sources d'énergie renouvelables et de sources de chaleur résiduelle industrielle. Fondamentalement, la forte consommation d'énergie est un facteur critique qui affecte l'économie du dessalement. Il est nécessaire de rendre les processus de dessalement aussi efficaces que possible sur le plan énergétique en améliorant la technologie et les équipements.

Consommation d'énergie pour le dessalement

Solutions énergétiques

L'ajout de l'énergie géothermique offre deux possibilités différentes en matière de solutions énergétiques :

1. La production d'électricité. Dans cette possibilité, l'énergie géothermique est utilisée pour produire de la vapeur qui sert à actionner une turbine pour produire de l'électricité.

2. Production de vapeur. Comme nous l'avons vu, la manière la plus efficace de dessaler (surtout lorsque l'eau de mer a une forte teneur en sel) est fournie par les méthodes de compression de vapeur, de distillation éclair à plusieurs étages ou de distillation à effets multiples. Ces méthodes ont en commun que l'eau de mer doit être chauffée. Cela peut se faire directement en utilisant la saumure géothermique (via des échangeurs de chaleur/un vaporisateur).