KAUST開(kāi)展的一項(xiàng)研究表明，一種評(píng)估競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的海水淡化技術(shù)效率的新穎方法可以幫助指導(dǎo)新的發(fā)展，以向城市地區(qū)提供飲用水。

2000年，全球水需求量達(dá)到了約4萬(wàn)億立方米，預(yù)計(jì)到2030年將增長(zhǎng)58%以上。淡水資源無(wú)法滿足這一需求，海水淡化正成為一種越來(lái)越重要的飲用水供應(yīng)方式。

世界上約60%的淡化能力依賴于反滲透系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用電力將水推過(guò)膜以除去鹽和其他雜質(zhì)。其他脫鹽過(guò)程使用熱量將純水從鹽水中蒸發(fā)掉。預(yù)計(jì)在未來(lái)十年中，世界的海水淡化能力將增加一倍，簡(jiǎn)單的計(jì)算表明，反滲透可能是一種更加節(jié)能的方式來(lái)滿足這一需求。

但是，KAUST的海水淡化和再利用中心的Muhammad Wakil Shahzad，Muhammad Burhan和Kim Choon Ng指出，目前比較各種海水淡化方法中的能源效率的方法僅考慮了二次能源的消耗量，而忽略了類型或等級(jí)過(guò)程中消耗的能源(例如蒸汽或電力)。

他們展示了一種簡(jiǎn)單的熱力學(xué)方法，該方法考慮了運(yùn)行脫鹽工廠所需的能源數(shù)量和質(zhì)量。這種方法使用標(biāo)準(zhǔn)的通用性能比提供了一個(gè)用于比較能效的通用平臺(tái)，可以在海水淡化方法之間進(jìn)行更公平的比較。

例如，聯(lián)合循環(huán)燃?xì)廨啓C(jī)(CCGT)是當(dāng)今最高效的發(fā)電站之一，它燃燒天然氣以轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電能的渦輪機(jī)。但是他們還從燃?xì)廨啓C(jī)中回收廢熱，并利用它們產(chǎn)生高壓和高溫的蒸汽，這可以使單獨(dú)的蒸汽輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而為電廠的電力輸出做出貢獻(xiàn)。

基于熱的海水淡化廠可以與CCGT串聯(lián)運(yùn)行，排出相對(duì)低溫的蒸汽，否則這些蒸汽將被浪費(fèi)掉，并利用其通過(guò)蒸發(fā)來(lái)凈化水。研究人員計(jì)算得出，以這種方式利用CCGT產(chǎn)生的廢熱可確保在連續(xù)階段進(jìn)行最有效的熱脫鹽選擇。廢熱的這種使用稱為多效蒸餾。

但是，即使此選項(xiàng)仍只能達(dá)到最大理論效率的13%。沙赫扎德說(shuō)：“所有實(shí)用的脫鹽方法都具有遠(yuǎn)低于熱力學(xué)極限的能量效率。” 研究人員說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，海水淡化的效率應(yīng)在未來(lái)十年內(nèi)翻一番。他說(shuō)：“技術(shù)范式必定會(huì)從當(dāng)今的可用模式中發(fā)生轉(zhuǎn)變。”

Ng認(rèn)為，基于稱為石墨烯的原子薄碳片的膜或結(jié)合了幾種熱驅(qū)動(dòng)過(guò)程的混合系統(tǒng)，可能有助于實(shí)現(xiàn)范式轉(zhuǎn)換。熱驅(qū)動(dòng)方法需要多種熱驅(qū)動(dòng)過(guò)程的混合。例如，多效蒸餾與吸附循環(huán)相結(jié)合的組合，增加了低級(jí)熱量輸入的使用。他們認(rèn)為，高達(dá)30%的熱力學(xué)極限是在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)海水淡化的可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。