Trong nhiều năm, chúng ta đã được nói rằng khử muối là quá tốn năng lượng và tốn kém để sử dụng rộng rãi." Quan điểm nào gần hơn với thực tế? Phân tích này xem xét nhu cầu năng lượng thực sự và chi phí của việc khử muối nước biển, tiết lộ tiềm năng của nó để giải quyết sự khan hiếm nước toàn cầu.
Việc kiểm tra này tập trung đặc biệt vào mức tiêu thụ năng lượng và khả năng kinh tế của việc khử muối, loại bỏ các mối quan tâm môi trường quan trọng nhưng riêng biệt như xử lý nước muối.Cách tiếp cận tập trung này cho phép hiểu rõ hơn về cấu trúc chi phí cốt lõi của khử muối.
Để hiểu rõ hơn về tác động kinh tế của việc khử muối, chúng ta sẽ khám phá những tình huống giả thuyết cực đoan như cung cấp cho tất cả các nước Mỹnước hộ gia đình thông qua khử muối hoặc cung cấp nước uống cho toàn bộ dân số thế giớiMặc dù không thực tế, các kịch bản này giúp định lượng quy mô chi phí khử muối.
Việc khử muối hiện đại chủ yếu sử dụng hai phương pháp:
Trong khi cả hai phương pháp đều hoạt động, khử muối nhiệt tiêu thụ 3-5 lần năng lượng nhiều hơn so với thẩm thấu ngược.tạo thành cơ sở cho phân tích của chúng tôi.
Công nghệ thẩm thấu ngược đã đạt được sự cải thiện hiệu quả đáng kể. trong những năm 1970, khử muối một mét khối nước cần khoảng 20 kWh điện.con số đó đã giảm xuống còn 2.5-3.5 kWh. Yêu cầu năng lượng tối thiểu lý thuyết là 1 kWh/m3, cho thấy tiềm năng tiến bộ hơn nữa.
Đối với các tính toán của chúng tôi, chúng tôi sẽ sử dụng 3,5 kWh / m3 như là một đường cơ sở bảo thủ - một số nhà máy đã hoạt động dưới ngưỡng này.
Nếu tất cả các ngôi nhà ở Hoa Kỳ đều được cung cấp nước thông qua khử muối, điều này sẽ ảnh hưởng như thế nào đến nhu cầu điện?
Với mức sử dụng nước hộ gia đình trung bình là 1.135 lít mỗi ngày, việc khử muối hoàn toàn sẽ làm tăng nhu cầu điện ở các khu dân cư khoảng 13%.nơi các hộ gia đình sử dụng ít nước hơn (349 lít/ngày) nhưng phải đối mặt với giá điện cao hơn, sự gia tăng sẽ khoảng 15%.
Kiểm tra tiêu thụ điện của hộ gia đình Mỹ cho thấy nhu cầu điện hàng năm của khử muối (1.450 kWh) so với các thiết bị lớn như máy khử ẩm,vẫn còn thấp hơn đáng kể so với máy sưởi nước, hệ thống sưởi ấm, hoặc sử dụng điều hòa không khí.
Trong khi 1.450 kWh mỗi năm có thể được quản lý cho các nước giàu có, điều này vượt quá tổng lượng điện tiêu thụ của nhiều hộ gia đình ở các nước đang phát triển.Ngay cả khi đáp ứng tiêu chuẩn nước tối thiểu của WHO (50 lít / người / ngày) thông qua khử muối sẽ yêu cầu 64 kWh mỗi năm tương đương với mức tiêu thụ điện bình quân đầu người của Malawi.
Sự chênh lệch này làm nổi bật sự nghèo đói năng lượng toàn cầu hơn là nhu cầu năng lượng vốn có của việc khử muối.
Xem xét con người chỉ cần khoảng 3 lít mỗi ngày để uống (giả cho một số chất thải), cung cấp cho tất cả 8 tỷ người sẽ cần 31 TWh mỗi năm, chỉ 0,1% sản xuất điện toàn cầu.Ngay cả khi một phần ba nhân loại phải đối mặt với thiếu nước uống, nhu cầu hàng năm sẽ khoảng 10 TWh.
Để đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn nước cơ bản của WHO (50 lít/người/ngày) trên toàn cầu sẽ yêu cầu 511 TWh mỗi năm, tương đương khoảng 1,7% sản xuất điện trên toàn thế giới.
Ngoài chi phí năng lượng, khử muối quy mô lớn đòi hỏi đầu tư vốn đáng kể, thường là rào cản lớn nhất đối với nhiều quốc gia.tương tự như các dự án năng lượng tái tạo mà chi phí ban đầu vượt quá khả năng chi trả dài hạn.
Chi phí khử muối toàn cầu hiện tại thường dao động từ 1-2,5 đô la mỗi mét khối, mặc dù các trường hợp đặc biệt như nhà máy Sorek B của Israel đạt 0,41 đô la / m3, với một nghiên cứu 107 nhà máy xác định 0 đô la.27/m3 là chi phí thấp nhất.
Theo giá điện công nghiệp ở Hoa Kỳ (~ $ 0,09 / kWh), chi phí năng lượng cho việc khử muối sẽ là $ 0,45 / m3 (3,5 kWh × $ 0,13 / kWh).Vì năng lượng thường chiếm 1/3 tổng chi phí, chi phí hoàn chỉnh có thể đạt $ 1,50 - $ 2,00 / m3 ở các thị trường đắt tiền.
Chuyển sang chi phí cá nhân:
Đối với các tình huống khủng hoảng, những chi phí này thực sự rất thấp. tuy nhiên, 38 đô la mỗi năm vẫn là gánh nặng cho những người sống với 2 đô la mỗi ngày, đại diện cho thu nhập hơn hai tuần.
Nông nghiệp là thách thức lớn nhất của việc khử muối, tiêu thụ 70% nước ngọt toàn cầu (trên 90% ở một số quốc gia nhiệt đới).Thay thế ngay cả một phần nước nông nghiệp sẽ làm tăng nhu cầu điện của nhiều quốc gia từ 50-100%, làm cho công nghệ hiện tại không thực tế cho việc sử dụng nông nghiệp rộng rãi.
Sản xuất 1 kg lúa mì bằng nước khử muối sẽ có giá 0,66 đô la chỉ trong nước - gấp ba lần giá thị trường lúa mì. Đối với ngô, chi phí nước sẽ bằng giá trị cây trồng.Chỉ có cây trồng có giá trị cao hoặc hệ thống tiết kiệm nước (như nông nghiệp trong nhà) có thể biện minh cho việc khử muối cho nông nghiệp hiện nay.
Trong nhiều năm, chúng ta đã được nói rằng khử muối là quá tốn năng lượng và tốn kém để sử dụng rộng rãi." Quan điểm nào gần hơn với thực tế? Phân tích này xem xét nhu cầu năng lượng thực sự và chi phí của việc khử muối nước biển, tiết lộ tiềm năng của nó để giải quyết sự khan hiếm nước toàn cầu.
Việc kiểm tra này tập trung đặc biệt vào mức tiêu thụ năng lượng và khả năng kinh tế của việc khử muối, loại bỏ các mối quan tâm môi trường quan trọng nhưng riêng biệt như xử lý nước muối.Cách tiếp cận tập trung này cho phép hiểu rõ hơn về cấu trúc chi phí cốt lõi của khử muối.
Để hiểu rõ hơn về tác động kinh tế của việc khử muối, chúng ta sẽ khám phá những tình huống giả thuyết cực đoan như cung cấp cho tất cả các nước Mỹnước hộ gia đình thông qua khử muối hoặc cung cấp nước uống cho toàn bộ dân số thế giớiMặc dù không thực tế, các kịch bản này giúp định lượng quy mô chi phí khử muối.
Việc khử muối hiện đại chủ yếu sử dụng hai phương pháp:
Trong khi cả hai phương pháp đều hoạt động, khử muối nhiệt tiêu thụ 3-5 lần năng lượng nhiều hơn so với thẩm thấu ngược.tạo thành cơ sở cho phân tích của chúng tôi.
Công nghệ thẩm thấu ngược đã đạt được sự cải thiện hiệu quả đáng kể. trong những năm 1970, khử muối một mét khối nước cần khoảng 20 kWh điện.con số đó đã giảm xuống còn 2.5-3.5 kWh. Yêu cầu năng lượng tối thiểu lý thuyết là 1 kWh/m3, cho thấy tiềm năng tiến bộ hơn nữa.
Đối với các tính toán của chúng tôi, chúng tôi sẽ sử dụng 3,5 kWh / m3 như là một đường cơ sở bảo thủ - một số nhà máy đã hoạt động dưới ngưỡng này.
Nếu tất cả các ngôi nhà ở Hoa Kỳ đều được cung cấp nước thông qua khử muối, điều này sẽ ảnh hưởng như thế nào đến nhu cầu điện?
Với mức sử dụng nước hộ gia đình trung bình là 1.135 lít mỗi ngày, việc khử muối hoàn toàn sẽ làm tăng nhu cầu điện ở các khu dân cư khoảng 13%.nơi các hộ gia đình sử dụng ít nước hơn (349 lít/ngày) nhưng phải đối mặt với giá điện cao hơn, sự gia tăng sẽ khoảng 15%.
Kiểm tra tiêu thụ điện của hộ gia đình Mỹ cho thấy nhu cầu điện hàng năm của khử muối (1.450 kWh) so với các thiết bị lớn như máy khử ẩm,vẫn còn thấp hơn đáng kể so với máy sưởi nước, hệ thống sưởi ấm, hoặc sử dụng điều hòa không khí.
Trong khi 1.450 kWh mỗi năm có thể được quản lý cho các nước giàu có, điều này vượt quá tổng lượng điện tiêu thụ của nhiều hộ gia đình ở các nước đang phát triển.Ngay cả khi đáp ứng tiêu chuẩn nước tối thiểu của WHO (50 lít / người / ngày) thông qua khử muối sẽ yêu cầu 64 kWh mỗi năm tương đương với mức tiêu thụ điện bình quân đầu người của Malawi.
Sự chênh lệch này làm nổi bật sự nghèo đói năng lượng toàn cầu hơn là nhu cầu năng lượng vốn có của việc khử muối.
Xem xét con người chỉ cần khoảng 3 lít mỗi ngày để uống (giả cho một số chất thải), cung cấp cho tất cả 8 tỷ người sẽ cần 31 TWh mỗi năm, chỉ 0,1% sản xuất điện toàn cầu.Ngay cả khi một phần ba nhân loại phải đối mặt với thiếu nước uống, nhu cầu hàng năm sẽ khoảng 10 TWh.
Để đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn nước cơ bản của WHO (50 lít/người/ngày) trên toàn cầu sẽ yêu cầu 511 TWh mỗi năm, tương đương khoảng 1,7% sản xuất điện trên toàn thế giới.
Ngoài chi phí năng lượng, khử muối quy mô lớn đòi hỏi đầu tư vốn đáng kể, thường là rào cản lớn nhất đối với nhiều quốc gia.tương tự như các dự án năng lượng tái tạo mà chi phí ban đầu vượt quá khả năng chi trả dài hạn.
Chi phí khử muối toàn cầu hiện tại thường dao động từ 1-2,5 đô la mỗi mét khối, mặc dù các trường hợp đặc biệt như nhà máy Sorek B của Israel đạt 0,41 đô la / m3, với một nghiên cứu 107 nhà máy xác định 0 đô la.27/m3 là chi phí thấp nhất.
Theo giá điện công nghiệp ở Hoa Kỳ (~ $ 0,09 / kWh), chi phí năng lượng cho việc khử muối sẽ là $ 0,45 / m3 (3,5 kWh × $ 0,13 / kWh).Vì năng lượng thường chiếm 1/3 tổng chi phí, chi phí hoàn chỉnh có thể đạt $ 1,50 - $ 2,00 / m3 ở các thị trường đắt tiền.
Chuyển sang chi phí cá nhân:
Đối với các tình huống khủng hoảng, những chi phí này thực sự rất thấp. tuy nhiên, 38 đô la mỗi năm vẫn là gánh nặng cho những người sống với 2 đô la mỗi ngày, đại diện cho thu nhập hơn hai tuần.
Nông nghiệp là thách thức lớn nhất của việc khử muối, tiêu thụ 70% nước ngọt toàn cầu (trên 90% ở một số quốc gia nhiệt đới).Thay thế ngay cả một phần nước nông nghiệp sẽ làm tăng nhu cầu điện của nhiều quốc gia từ 50-100%, làm cho công nghệ hiện tại không thực tế cho việc sử dụng nông nghiệp rộng rãi.
Sản xuất 1 kg lúa mì bằng nước khử muối sẽ có giá 0,66 đô la chỉ trong nước - gấp ba lần giá thị trường lúa mì. Đối với ngô, chi phí nước sẽ bằng giá trị cây trồng.Chỉ có cây trồng có giá trị cao hoặc hệ thống tiết kiệm nước (như nông nghiệp trong nhà) có thể biện minh cho việc khử muối cho nông nghiệp hiện nay.
