Geothermische ontzilting

Direct gebruik en stroomopwekking op basis van geothermische bronnen nemen over de hele wereld in een gestaag tempo toe. Hoewel geothermische energiebronnen in grote delen van de wereld overvloedig beschikbaar zijn, worden zij voor ontziltingstoepassingen nog onvoldoende benut. Geothermische bronnen hebben het potentieel om als uitstekende warmtebronnen te dienen voor thermische ontziltingsprocessen. Aangezien voor thermische ontziltingsprocessen grote hoeveelheden warmtebronnen nodig zijn, vormt een op geothermie gebaseerde energiebron een haalbare, duurzame en milieuvriendelijke optie. Het voordeel van geothermische bronnen is dat zij kunnen fungeren als warmtebron en als opslagmedium voor het gebruik van procesenergie. Als deze waterbronnen een hoog gehalte aan opgeloste vaste stoffen hebben, kunnen ze dienen als voedingswater voor het ontziltingsproces. Aangezien het externe energieverbruik tot een minimum wordt beperkt, met uitzondering van de mechanische energievereisten, zouden geothermische ontziltingsprocessen minder milieueffecten kunnen hebben in vergelijking met andere niet-hernieuwbare-energiegestuurde ontziltingsprocessen. Warmtekrachtkoppelingsprogramma's voor gelijktijdige water- en stroomproductie zijn ook mogelijk met geothermische bronnen, evenals polygeneratie met meervoudige procesvoordelen wat betreft koel- en verwarmingstoepassingen.

Drinkwaterbehoefte

De vraag naar zoet water neemt toe als gevolg van de groei van de wereldbevolking, die een groeiende vraag naar zoet water voor landbouw- en industriële doeleinden met zich meebrengt. De beschikbaarheid van zoet water op aarde is echter beperkt en veel landen kampen met ernstige watertekorten. Waterontzilting zou een mogelijke oplossing voor dit probleem kunnen zijn. Van de vele bestaande ontziltingstechnologieën zijn er drie bijzonder veelbelovend: omgekeerde osmose (RO), meertraps flash (MSF) en multi-effect distillatie (MED). Het energieverbruik van ontziltingsprocessen wordt bepaald door factoren zoals de capaciteit van de ontziltingsinstallatie (klein, middelgroot, groot), de energiebron (elektriciteit vs. thermisch), het type voedingswater (brak (BW) vs. zeewater (SW)), de ontziltingsmethode (thermisch vs. membraan), het gebruik van hernieuwbare energiebronnen (zon, wind, geothermisch), en de noodzaak van voorbehandeling van het voedingswater (mechanisch en/of chemisch). Onderzoek in het veld wijst uit dat de membraantechnologieën het minst energie-intensief zijn. BW RO van middelgrote en grote schaal vergt 1,9 kW h/m3. Daarna komt SW RO van middelgrote en SW RO van grote schaal met 4,3 en 4,4 kW h/m3 energieverbruik. De thermische ontziltings technieken, voornamelijk MSF en MED hebben een veel hogere energie voetafdruk, dan de membraan technieken. Zij verbruiken respectievelijk 17,1 en 11,9 kW h/m3 , maar de thermische technologieën zijn efficiënter voor de ontzilting van zeer zoute wateren. Desalniettemin zijn membraan-gebaseerde ontziltingsmethoden vanwege hun minder energie-intensieve aard en kleine voetafdruk populairder geworden dan de thermische technologieën en er zijn aanzienlijke effecten waargenomen bij de integratie van RO met hernieuwbare energiebronnen, voornamelijk wind- en zonne-energie. De energie voetafdruk van dit type ontziltingstechnieken ligt tussen die van de membraan en thermische routes in. Het energieverbruik van met hernieuwbare energiebronnen aangedreven ontziltingsinstallaties varieert van 1,5 tot 21,1 kW h/m3. Hun grootste nadeel is hun kleine capaciteit, waardoor zij niet kunnen concurreren met conventioneel aangedreven installaties. Men zou kunnen zeggen dat de mensheid wereldwijd 7 kW h energie verbruikt voor de ontzilting van 1 m3 water.

Dit projectvoorstel beoogt een nieuwe optie toe te voegen aan dit scala van technologieën door de component geothermische energie toe te voegen aan het verwarmingsproces. Dit doel is zowel innovatief als economisch haalbaar. Geothermische energie kan op aanvraag worden geleverd, in grote hoeveelheden en biedt dus schaalvoordelen.

Voor ontziltingsprocessen zijn verschillende soorten energie nodig, hetzij thermische, hetzij elektrische. Membraantechnologieën hebben geen thermische energie nodig, alle processtappen verlopen met behulp van elektriciteit. Voor RO-installaties is energie nodig om hoge druk op te wekken om water door het membraan te persen. Voor ED installaties is elektrische energie nodig om een elektrisch potentiaalverschil te creëren. Thermische technologieën hebben zowel elektrische als thermische energie nodig om zeewater te verdampen en zo de zouten in het zeewater af te scheiden. Ontziltingstechnieken, zoals MSF en MED, gebruiken thermische energie als primaire bron en elektriciteit om de bijbehorende pompen aan te drijven als secundaire bron. Thermische methoden worden als duurder beschouwd dan membraanmethoden omdat traditioneel grote hoeveelheden fossiele brandstof zeldzaam zijn om zout water te verdampen. Zij zijn echter efficiënter voor de ontzilting van zeer zoute wateren dan de membraantechnologieën. Dit voorstel is gericht op vervanging van het fossiele verwarmingsproces door gebruik te maken van geothermische energie. Thermische energie zou kunnen worden gewonnen uit met fossiele brandstoffen gestookte boilers, afvalwarmte van elektriciteitscentrales, hernieuwbare energiebronnen en industriële afvalwarmtebronnen. In principe is het hoge energieverbruik een kritische factor die de economische aspecten van ontzilting beïnvloedt. Het is noodzakelijk de ontziltingsprocessen zo energie-efficiënt mogelijk te maken door de technologie en de apparatuur te verbeteren.

Energieverbruik bij ontzilting

Energie-oplossingen

De toevoeging van geothermische energie biedt twee verschillende mogelijkheden in energie-oplossingen:

1. Elektriciteitsproductie.
   In deze mogelijkheid zou de geothermische energie worden gebruikt om stoom te produceren waarmee een turbine wordt aangedreven om elektriciteit te produceren

2. Stoomproductie.
   Zoals besproken, wordt de meest efficiënte manier om te ontzilten (zeker wanneer het zeewater een hoog zoutgehalte heeft) geboden door de methoden van dampcompressie, meertraps-flash of multi-effectdistillatie. Deze methoden hebben met elkaar gemeen dat het zeewater moet worden opgewarmd. Dit kan direct worden gedaan door gebruik te maken van de geothermische pekel (via warmtewisselaars/verdamper)