ลองจินตนาการถึงอนาคตที่น้ำจืดสะอาดมีมากมายเหมือนน้ำทะเล เทคโนโลยีการแยกเกลือออกจากน้ำเป็นกุญแจสำคัญสำหรับวิสัยทัศน์นี้ แต่ในขณะที่เทคโนโลยีนี้ช่วยแก้ไขปัญหาการขาดแคลนน้ำทั่วโลก ก็ต้องเผชิญกับความท้าทายด้านการใช้พลังงานอย่างมาก บทความนี้จะตรวจสอบรายละเอียดด้านพลังงานของเทคโนโลยีการแยกเกลือออกจากน้ำในปัจจุบัน และสำรวจแนวทางสู่ความยั่งยืน

การแยกเกลือออกจากน้ำทำหน้าที่เป็นวิธีการเสริมน้ำที่สำคัญ โดยเปลี่ยนน้ำทะเลที่มีความเค็มสูงให้เป็นน้ำจืดที่ใช้ดื่มได้หรือใช้ในอุตสาหกรรม เทคโนโลยีในระดับอุตสาหกรรมในปัจจุบันส่วนใหญ่ ได้แก่ Multi-Stage Flash (MSF), Multi-Effect Distillation (MED), Mechanical Vapor Compression (MVC) และ Reverse Osmosis (RO) ซึ่งแต่ละเทคโนโลยีเหมาะสำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน

จากมุมมองทางอุณหพลศาสตร์ การแยกเกลือออกจากน้ำทะเลมีข้อกำหนดด้านพลังงานขั้นต่ำตามทฤษฎี สำหรับน้ำทะเลมาตรฐานที่มีความเค็ม 3.45% ที่อุณหภูมิ 25°C ค่าต่ำสุดนี้จะเท่ากับประมาณ 0.86 kWh/m³ การใช้พลังงานจริงเกินกว่าค่าในอุดมคตินี้อย่างมากเนื่องจากประสิทธิภาพของระบบที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

ตารางต่อไปนี้เปรียบเทียบวิธีการแยกเกลือออกจากน้ำหลักสี่วิธีตามกำลังการผลิตของโรงงานและการใช้พลังงานทั่วไป:

*GOR (อัตราส่วนผลผลิต) บ่งชี้ประสิทธิภาพการผลิตน้ำ

ข้อมูลแสดงให้เห็นถึงความแตกต่างด้านพลังงานอย่างมากระหว่างเทคโนโลยีต่างๆ Reverse Osmosis แสดงให้เห็นถึงข้อได้เปรียบด้านประสิทธิภาพทางไฟฟ้าอย่างชัดเจน ในขณะที่ MSF และ MED ที่ใช้ความร้อนแสดงให้เห็นถึงการใช้พลังงานรวมที่สูงกว่า MVC เหมาะสำหรับการใช้งานขนาดเล็กที่มีประสิทธิภาพปานกลาง

MSF จะให้ความร้อนแก่น้ำทะเลและส่งผ่านไปยังห้องที่มีแรงดันต่ำลงเรื่อยๆ ซึ่งจะเกิดการระเหยบางส่วน แม้ว่าจะเชื่อถือได้สำหรับการดำเนินงานขนาดใหญ่ แต่ข้อกำหนดด้านพลังงานความร้อนที่สูงทำให้เกิดความท้าทายด้านประสิทธิภาพ อัตราส่วน GOR ที่สูงขึ้นช่วยปรับปรุงการใช้พลังงาน แต่เพิ่มความซับซ้อนของระบบ

MED ใช้เครื่องระเหยหลายตัวในชุด โดยใช้ไอจากขั้นตอนหนึ่งเพื่อให้ความร้อนแก่ขั้นตอนถัดไป เมื่อรวมกับ Thermal Vapor Compression (TVC) MED จะมีประสิทธิภาพพลังงานที่ดีกว่า MSF แต่ต้องใช้ระบบที่ซับซ้อนกว่า

MVC ใช้คอมเพรสเซอร์เชิงกลเพื่อสร้างแรงดันให้กับไอเพื่อใช้เป็นแหล่งความร้อน เหมาะสำหรับการใช้งานขนาดเล็ก MVC ให้ความยืดหยุ่นในการดำเนินงาน แต่ต้องการคอมเพรสเซอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงและแสดงให้เห็นถึงการใช้พลังงานที่ค่อนข้างสูง

ในฐานะเทคโนโลยีที่นำมาใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด RO จะบังคับให้น้ำทะเลผ่านเมมเบรนกึ่งซึมผ่านได้ภายใต้แรงดันสูง การออกแบบแบบแยกส่วนช่วยให้ขยายได้ง่าย แม้ว่าการบำรุงรักษาเมมเบรนและข้อกำหนดในการปรับสภาพเบื้องต้นจะเพิ่มข้อควรพิจารณาในการดำเนินงาน

• คุณภาพน้ำป้อน: ความขุ่นหรือปริมาณสารอินทรีย์ที่สูงขึ้นจะเพิ่มความต้องการในการปรับสภาพเบื้องต้นและความเครียดของเมมเบรน
• อุณหภูมิน้ำทะเล: น้ำที่อุ่นขึ้นช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกลั่น แต่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของเมมเบรน RO
• อัตราการกู้คืน: อัตราการสกัดน้ำจืดที่สูงขึ้นจะเพิ่มข้อกำหนดด้านแรงดันของระบบ
• ขนาดโรงงาน: สิ่งอำนวยความสะดวกขนาดใหญ่ได้รับประโยชน์จากขนาดทางเศรษฐกิจ
• การกู้คืนพลังงาน: เครื่องแลกเปลี่ยนแรงดันและกังหันสามารถกู้คืนพลังงานจากกระแสน้ำเกลือได้

ภาคส่วนนี้เผชิญกับข้อกังวลด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญสองประการ: ปัจจุบันโรงงานส่วนใหญ่พึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก ในขณะที่การปล่อยน้ำเกลือเข้มข้นคุกคามระบบนิเวศทางทะเลผ่านการกระแทกจากความเค็มและการปนเปื้อนของสารเคมี

• การบูรณาการพลังงานหมุนเวียน: โรงงานแยกเกลือออกจากน้ำที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ลม หรือความร้อนใต้พิภพ
• นวัตกรรมด้านประสิทธิภาพ: เมมเบรนขั้นสูง กระบวนการความร้อนที่เหมาะสม และการกู้คืนพลังงานที่เพิ่มขึ้น
• การจัดการน้ำเกลือ: กลยุทธ์การเจือจางหรือการสกัดแร่ธาตุจากกระแสน้ำเสีย
• การสนับสนุนนโยบาย: สิ่งจูงใจของรัฐบาลสำหรับการนำพลังงานสะอาดมาใช้และการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม

แม้ว่าการแยกเกลือออกจากน้ำจะช่วยแก้ไขปัญหาการขาดแคลนน้ำที่สำคัญ แต่ความเข้มข้นของพลังงานต้องได้รับความสนใจอย่างเร่งด่วน ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีและกรอบนโยบายสามารถเปลี่ยนการแยกเกลือออกจากน้ำให้กลายเป็นโซลูชันที่ยั่งยืนมากขึ้น นวัตกรรมอย่างต่อเนื่องแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้จะมีบทบาทที่ขยายตัวในการรักษาความปลอดภัยด้านน้ำทั่วโลก โดยมีข้อแม้ว่าปัญหาด้านพลังงานและสิ่งแวดล้อมจะได้รับการจัดการอย่างมีประสิทธิภาพ