مطالعهای افسانه هزینه بالای آبشیرینکنی از آب دریا را رد میکند
سالهاست به ما گفتهاند که شیرینسازی آب دریا برای استفاده گسترده، انرژیبر و گران است. با این حال، ایلان ماسک بارها ادعا کرده است که هزینهها «به طرز جنونآمیزی کم» است. کدام دیدگاه به واقعیت نزدیکتر است؟ این تحلیل، الزامات واقعی انرژی و هزینههای شیرینسازی آب دریا را بررسی میکند و پتانسیل آن را برای رسیدگی به کمبود آب در جهان نشان میدهد.
این بررسی بهطور خاص بر مصرف انرژی و قابلیت دوام اقتصادی شیرینسازی متمرکز است و نگرانیهای زیستمحیطی مهم اما جداگانه مانند دفع آب شور را کنار میگذارد. این رویکرد متمرکز، درک روشنتری از ساختار هزینه اصلی شیرینسازی را ممکن میسازد.
برای درک بهتر تأثیر اقتصادی شیرینسازی، ما موقعیتهای فرضی افراطی را بررسی خواهیم کرد—مانند تأمین تمام آب خانگی ایالات متحده از طریق شیرینسازی یا تأمین آب آشامیدنی برای کل جمعیت جهان. اگرچه غیرواقعی هستند، این سناریوها به تعیین کمیت مقیاس هزینه شیرینسازی کمک میکنند.
شیرینسازی مدرن در درجه اول از دو روش استفاده میکند:
- شیرینسازی حرارتی: آب دریا را گرم میکند تا آب از نمکها تبخیر و جدا شود، سپس بخار را به آب شیرین متراکم میکند و در عین حال آب شور غلیظ را تخلیه میکند.
- اسمز معکوس: آب دریا را تحت فشار از غشاهای نیمهتراوا عبور میدهد و نمکها و ناخالصیها را فیلتر میکند تا آب شیرین تولید شود.
در حالی که هر دو روش کار میکنند، شیرینسازی حرارتی 3 تا 5 برابر بیشتر از اسمز معکوس انرژی مصرف میکند. در نتیجه، اکثر کارخانههای مدرن از فناوری اسمز معکوس استفاده میکنند که اساس تحلیل ما را تشکیل میدهد.
فناوری اسمز معکوس پیشرفتهای قابل توجهی در راندمان داشته است. در دهه 1970، شیرینسازی یک متر مکعب آب حدود 20 کیلووات ساعت برق نیاز داشت. امروزه، این رقم به 2.5 تا 3.5 کیلووات ساعت کاهش یافته است. حداقل نیاز انرژی نظری 1 کیلووات ساعت بر متر مکعب است که نشاندهنده پتانسیل برای پیشرفت بیشتر است.
برای محاسبات ما، ما از 3.5 کیلووات ساعت بر متر مکعب به عنوان یک خط پایه محافظهکارانه استفاده خواهیم کرد—برخی از کارخانهها در حال حاضر زیر این آستانه کار میکنند.
اگر تمام خانههای ایالات متحده آب خود را از طریق شیرینسازی دریافت کنند، این امر چگونه بر تقاضای برق تأثیر میگذارد؟
با میانگین مصرف آب خانگی 1135 لیتر در روز، شیرینسازی کامل تقاضای برق مسکونی را تقریباً 13٪ افزایش میدهد. در بریتانیا، جایی که خانوارها آب کمتری مصرف میکنند (349 لیتر در روز) اما با قیمتهای برق بالاتری مواجه هستند، این افزایش حدود 15٪ خواهد بود.
بررسی مصرف برق خانگی ایالات متحده نشان میدهد که نیاز سالانه شیرینسازی (1450 کیلووات ساعت) با وسایل اصلی مانند رطوبتگیرها قابل مقایسه است و بهطور قابل توجهی کمتر از استفاده از آبگرمکنها، سیستمهای گرمایشی یا تهویه مطبوع است.
در حالی که 1450 کیلووات ساعت در سال ممکن است برای کشورهای ثروتمند قابل مدیریت باشد، این میزان از کل مصرف برق بسیاری از خانوارهای جهان در حال توسعه بیشتر است. حتی تأمین حداقل استاندارد آب سازمان بهداشت جهانی (50 لیتر در نفر در روز) از طریق شیرینسازی سالانه 64 کیلووات ساعت نیاز دارد—معادل مصرف برق سرانه مالاوی.
این تفاوت، فقر انرژی جهانی را بیشتر از نیازهای ذاتی انرژی شیرینسازی برجسته میکند.
با توجه به اینکه انسانها فقط حدود 3 لیتر در روز برای نوشیدن نیاز دارند (با در نظر گرفتن مقداری هدر رفت)، تأمین آب برای 8 میلیارد نفر به 31 تراوات ساعت در سال نیاز دارد—فقط 0.1٪ از تولید برق جهانی. حتی اگر یک سوم بشریت با کمبود آب آشامیدنی مواجه باشد، نیاز سالانه تقریباً 10 تراوات ساعت خواهد بود.
تأمین استاندارد کامل آب اولیه سازمان بهداشت جهانی (50 لیتر در نفر در روز) در سطح جهان سالانه به 511 تراوات ساعت نیاز دارد—حدود 1.7٪ از تولید برق در سراسر جهان.
فراتر از هزینههای انرژی، شیرینسازی در مقیاس بزرگ به سرمایهگذاریهای سرمایهای قابل توجهی نیاز دارد—که اغلب بزرگترین مانع برای بسیاری از کشورها است، مشابه پروژههای انرژی تجدیدپذیر که در آن هزینههای اولیه بیشتر از مقرون به صرفه بودن بلندمدت است.
هزینههای فعلی شیرینسازی جهانی معمولاً از 1 تا 2.5 دلار در هر متر مکعب متغیر است، اگرچه موارد استثنایی مانند کارخانه سورک B اسرائیل به 0.41 دلار در متر مکعب میرسد، و یک مطالعه از 107 کارخانه 0.27 دلار در متر مکعب را به عنوان کمترین هزینه شناسایی کرده است.
با نرخهای برق صنعتی ایالات متحده (~0.09 دلار در کیلووات ساعت)، هزینه انرژی به تنهایی برای شیرینسازی 0.45 دلار در متر مکعب (3.5 کیلووات ساعت × 0.13 دلار در کیلووات ساعت) خواهد بود. در مناطق پرهزینه مانند کالیفرنیا، این میتواند به 0.90 دلار در متر مکعب برسد. از آنجایی که انرژی معمولاً یک سوم از کل هزینهها را تشکیل میدهد، هزینههای کامل ممکن است در بازارهای گرانقیمت به 1.50 تا 2.00 دلار در متر مکعب برسد.
ترجمه به هزینههای شخصی:
- میانگین ایالات متحده (310 لیتر در روز): 154 دلار در سال
- میانگین بریتانیا: 159 دلار در سال
- حداقل استاندارد سازمان بهداشت جهانی: 38 دلار در سال
- نیازهای اساسی آب آشامیدنی: فقط 2.30 دلار در سال—کمتر از هزینههای آب بطری در بسیاری از کشورها
برای موقعیتهای بحرانی، این هزینهها واقعاً کم هستند. با این حال، 38 دلار در سال برای کسانی که با 2 دلار در روز زندگی میکنند، بار سنگینی است—که نشاندهنده درآمد بیش از دو هفته است.
کشاورزی بزرگترین چالش شیرینسازی را نشان میدهد و 70٪ از آب شیرین جهان را مصرف میکند (در برخی از کشورهای گرمسیری بیش از 90٪). جایگزینی حتی بخشی از آب کشاورزی، تقاضای برق بسیاری از کشورها را 50 تا 100٪ افزایش میدهد و فناوری فعلی را برای استفاده گسترده در کشاورزی غیرعملی میکند.
تولید 1 کیلوگرم گندم با آب شیرینشده فقط 0.66 دلار هزینه دارد—سه برابر قیمت بازار گندم. برای ذرت، هزینههای آب با ارزش محصول برابر خواهد بود. فقط محصولات با ارزش بالا یا سیستمهای کارآمد در مصرف آب (مانند کشاورزی داخلی) ممکن است شیرینسازی را برای کشاورزی در حال حاضر توجیه کنند.
