Çalışma, Deniz Suyu Arıtımının Yüksek Maliyet Efsanesini Çürütüyor

Yıllardır, tuzdan arındırmanın yaygın kullanım için çok enerji yoğun ve pahalı olduğu söyleniyor. Ancak Elon Musk defalarca maliyetlerin "çılgınca düşük" olduğunu iddia etti. Hangi bakış açısı gerçeğe daha yakın? Bu analiz, deniz suyu tuzdan arındırmanın gerçek enerji gereksinimlerini ve maliyetlerini inceleyerek, küresel su kıtlığını ele alma potansiyelini ortaya koyuyor.

Bu inceleme, tuzdan arındırmanın enerji tüketimi ve ekonomik uygulanabilirliğine özel olarak odaklanmakta, tuzlu su bertarafı gibi önemli ancak ayrı çevresel kaygıları bir kenara bırakmaktadır. Bu odaklanmış yaklaşım, tuzdan arındırmanın temel maliyet yapısının daha net anlaşılmasını sağlar.

Tuzdan arındırmanın ekonomik etkisini daha iyi kavramak için, tüm ABD hane halkı suyunu tuzdan arındırma yoluyla tedarik etmek veya tüm dünya nüfusuna içme suyu sağlamak gibi aşırı hipotetik durumları inceleyeceğiz. Gerçekçi olmasa da, bu senaryolar tuzdan arındırmanın maliyet ölçeğini ölçmeye yardımcı olur.

Modern tuzdan arındırma öncelikle iki yöntem kullanır:

• Termal Tuzdan Arındırma: Deniz suyunu buharlaştırmak ve suyu tuzlardan ayırmak için ısıtır, ardından buharı taze suya yoğunlaştırırken konsantre salamurayı boşaltır.
• Ters Ozmoz: Deniz suyunu basınç altında yarı geçirgen zarlardan geçirerek, taze su üretmek için tuzları ve safsızlıkları filtreler.

Her iki yöntem de işe yararken, termal tuzdan arındırma, ters ozmoza göre 3-5 kat daha fazla enerji tüketir. Sonuç olarak, çoğu modern tesis ters ozmoz teknolojisini kullanır ve bu da analizimizin temelini oluşturur.

Ters ozmoz teknolojisi, dikkate değer verimlilik iyileştirmeleri elde etti. 1970'lerde, bir metreküp suyu tuzdan arındırmak yaklaşık 20 kWh elektrik gerektiriyordu. Bugün, bu rakam 2,5-3,5 kWh'ye düştü. Teorik minimum enerji gereksinimi 1 kWh/m³'tür ve daha fazla gelişme potansiyeli olduğunu göstermektedir.

Hesaplamalarımız için, 3,5 kWh/m³'ü muhafazakar bir temel olarak kullanacağız; bazı tesisler zaten bu eşiğin altında çalışıyor.

Tüm ABD evleri sularını tuzdan arındırma yoluyla alsa, bu elektrik talebini nasıl etkiler?

Ortalama hane halkı su tüketimi günde 1.135 litre ile, tam tuzdan arındırma konut elektrik talebini yaklaşık %13 artıracaktır. Hane halkının daha az su kullandığı (günde 349 litre) ancak daha yüksek elektrik fiyatlarıyla karşı karşıya olduğu İngiltere'de, artış yaklaşık %15 olacaktır.

ABD hane halkı elektrik tüketimini incelemek, tuzdan arındırmanın yıllık gereksiniminin (1.450 kWh) nem alma cihazları gibi büyük cihazlarla karşılaştırıldığını, su ısıtıcıları, ısıtma sistemleri veya klima kullanımının önemli ölçüde altında kaldığını ortaya koymaktadır.

Yılda 1.450 kWh zengin ülkeler için yönetilebilir olsa da, bu, birçok gelişmekte olan dünya hanesinin toplam elektrik tüketimini aşmaktadır. Tuzdan arındırma yoluyla DSÖ'nün minimum su standardını (kişi başı/gün 50 litre) karşılamak bile yılda 64 kWh gerektirecektir; bu, Malavi'nin kişi başına elektrik tüketimine eşdeğerdir.

Bu eşitsizlik, tuzdan arındırmanın doğal enerji taleplerinden çok küresel enerji yoksulluğunu vurgulamaktadır.

İnsanların içmek için günde sadece yaklaşık 3 litreye ihtiyacı olduğu (bir miktar israfa izin vererek) göz önüne alındığında, 8 milyar insanın tamamına tedarik etmek yılda 31 TWh gerektirecektir; bu, küresel elektrik üretiminin sadece %0,1'i. İnsanlığın üçte biri içme suyu sıkıntısı çekse bile, yıllık gereksinim yaklaşık 10 TWh olacaktır.

DSÖ'nün tam temel su standardını (kişi başı/gün 50 litre) küresel olarak karşılamak yılda 511 TWh gerektirecektir; bu, dünya çapındaki elektrik üretiminin yaklaşık %1,7'si.

Enerji giderlerinin ötesinde, büyük ölçekli tuzdan arındırma önemli sermaye yatırımı gerektirir; bu, birçok ülke için genellikle en büyük engeldir; tıpkı ön maliyetlerin uzun vadeli karşılanabilirlikten daha ağır bastığı yenilenebilir enerji projelerinde olduğu gibi.

Mevcut küresel tuzdan arındırma maliyetleri tipik olarak metreküp başına 1-2,5 ABD doları arasında değişmektedir; ancak İsrail'in Sorek B tesisi gibi istisnai durumlar 0,41 ABD doları/m³'ye ulaşmaktadır; 107 tesisi inceleyen bir çalışma, 0,27 ABD doları/m³'ü en düşük maliyet olarak belirlemiştir.

ABD endüstriyel elektrik oranlarında (~0,09 ABD doları/kWh), tuzdan arındırma için sadece enerji maliyeti 0,45 ABD doları/m³ (3,5 kWh × 0,13 ABD doları/kWh) olacaktır. Kaliforniya gibi yüksek maliyetli bölgelerde bu 0,90 ABD doları/m³'ye ulaşabilir. Enerji tipik olarak toplam maliyetlerin üçte birini oluşturduğundan, tam maliyetler pahalı pazarlarda 1,50-2,00 ABD doları/m³'ye ulaşabilir.

Kişisel giderlere çevrilirse:

• ABD ortalaması (günde 310 litre): Yılda 154 ABD doları
• İngiltere ortalaması: Yılda 159 ABD doları
• DSÖ minimum standardı: Yılda 38 ABD doları
• Temel içme suyu ihtiyaçları: Yılda sadece 2,30 ABD doları; birçok ülkede şişelenmiş su maliyetinden daha az

Kriz durumları için, bu maliyetler gerçekten dikkate değer derecede düşüktür. Ancak, yılda 38 ABD doları, günde 2 ABD doları ile yaşayanlar için hala külfetlidir; bu, iki haftadan fazla gelire denk gelmektedir.

Tarım, küresel tatlı suyun %70'ini tüketen (bazı tropikal ülkelerde %90'ı aşan) tuzdan arındırmanın en büyük zorluğunu sunmaktadır. Kısmi tarımsal suyun bile değiştirilmesi, birçok ülkenin elektrik talebini %50-100 artıracak ve mevcut teknolojiyi yaygın çiftçilik kullanımı için pratik hale getirecektir.

1 kg buğdayı tuzdan arındırılmış suyla üretmek, sadece suda 0,66 ABD doları maliyetine neden olacaktır; bu, buğdayın piyasa fiyatının üç katıdır. Mısır için, su maliyetleri ürünün değerine eşit olacaktır. Sadece yüksek değerli ürünler veya su verimli sistemler (kapalı tarım gibi) şu anda tarım için tuzdan arındırmayı haklı çıkarabilir.