Les pénuries d'eau douce devraient augmenter dans notre avenir plus chaud et plus encombré. Déjà, 150 pays dessalent l'eau de mer, utilisant des combustibles fossiles.

Mais répondre à un besoin de base sans cesse croissant avec des carburants non renouvelables crée une menace croissante, selon le Dr Diego-César Alarcón-Padilla, qui dirige SolarPACES Task VI à l'unité de dessalement solaire de Plataforma Solar de Almería (PSA).

"Aujourd'hui, il n'y a pas d'usine de dessalement de grande capacité qui fonctionne à l'aide d'énergies renouvelables", a déclaré le Dr Alarcón-Padilla. "Il n'y en a pas."

"Avec le dessalement, nous introduisons un nouveau consommateur d'énergie. Avec le changement climatique, et l'augmentation de la population humaine, et la contamination des ressources en eau actuelles, année après année, nous avons besoin de plus en plus d'eau douce, " il a dit.

« Le dessalement a besoin d'énergie. Et aujourd'hui, nous sommes déjà dans la limite de l'utilisation des sources fossiles, juste pour une demande récurrente. Si nous voulons vraiment respecter nos engagements de Paris en maintenant la température de la planète à 2°C, nous devons dessaler avec de l'énergie propre."

Avec 16, 000 usines de dessalement déjà dans le monde et une augmentation attendue de 15 % du dessalement à mesure que le monde se réchauffe, une politique pour conduire le dessalement solaire est nécessaire. Le Dr Alarcón-Padilla pense que l'industrie du dessalement ne changera pas sans un moteur politique.

Apprendre des politiques renouvelables

Il a fallu une législation pour mettre d'abord les nouvelles énergies renouvelables comme l'énergie solaire et éolienne sur les réseaux électriques. Les régulateurs ont commencé à exiger des générateurs qu'ils incluent les énergies renouvelables au début du 21e siècle. Les mandats et les subventions ont amorcé la transition.

Pour développer désormais le dessalement renouvelable, Dr. Alarcón-Padilla propose l'adoption de politiques similaires. "Nous avons besoin de quelque chose comme une prime par mètre cube d'eau produite par cette usine de dessalement solaire, ou une garantie de l'État qu'ils vont acheter chaque mètre cube d'eau "propre" dont le public a besoin. Tout comme nous avions un tarif de rachat pour l'électricité produite par des centrales d'énergie renouvelable ici en Espagne."

Aux prix actuels, et selon les différences régionales, il estime que le CSP (énergie solaire concentrée) pourrait fournir de l'eau douce à partir du dessalement par osmose inverse à environ 80 cents USD par mètre cube, soit environ 30 cents de plus que le dessalement à énergie fossile.

Une fois que la politique l'a conduit, des projets renouvelables ont été déployés et des chaînes d'approvisionnement développées. Les prix des énergies renouvelables ont baissé. Maintenant, de nombreux régulateurs ont fixé des objectifs de décarbonation complète d'ici 2050. Ce qui semblait risqué au départ s'est avéré être moins difficile. Dans de nombreuses régions, l'énergie solaire et éolienne est désormais l'option à bas prix.

La même chose pourrait se produire dans le dessalement renouvelable :« Parce qu'alors nous commencerons à avoir l'expérience et apprendre à gérer les ressources solaires variables avec le dessalement. Ensuite, nous commencerions à avoir les usines de dessalement solaires de grande capacité dont nous avons besoin. »

Il a détaillé les défis et les opportunités d'une transition similaire vers le dessalement 100% solaire.

Pourquoi le dessalement est une industrie conservatrice

Le dessalement a commencé dans les années 1950 dans le Moyen-Orient desséché, avec des technologies de dessalement thermique alimentées par une énergie fossile abondante.

« L'Arabie saoudite, le Koweït et le Bahreïn ; toute leur eau provient du dessalement. Ils n'ont de l'eau en dessous que quelques jours, donc ils ne peuvent pas se permettre de prendre des risques, " il expliqua.

« Alors vous pouvez imaginer, cette industrie est très conservatrice, où les réserves d'eau sont très faibles. La population augmente d'année en année dans les pays arabes. Et la ressource en eau douce n'augmente pas :ils ne peuvent pas se payer le luxe d'échouer dans la mise en place d'une usine de dessalement."

Le golfe Arabique est une mer fermée, sans rivières d'eau douce qui s'y alimentent, et les températures élevées augmentent l'évaporation, augmentant encore la salinité et la température.

"Il y a des endroits où vous pouvez obtenir environ 45 voire 50 grammes par litre (g/L) de sel. De plus, vous pouvez avoir des déversements d'huile et des proliférations d'algues qui pourraient provoquer une défaillance du système de prétraitement de, par exemple, une usine d'osmose inverse, " il a dit.

Le dessalement thermique est une technologie éprouvée bien adaptée aux conditions difficiles du Golfe, mais d'un point de vue énergétique est assez inefficace par rapport à l'osmose inverse plus répandue d'aujourd'hui. Mais une eau de mer aussi "difficile" peut endommager les membranes, arrêt d'une usine d'osmose inverse : « Ils ne vont donc pas abandonner complètement les technologies de dessalement thermique. Ils veulent avoir les deux. »

Quand combiner le dessalement thermique avec le CSP

Initialement, l'énergie solaire thermique a été proposée comme la mieux adaptée aux procédés de dessalement thermique, qui utilisent essentiellement la chaleur pour évaporer l'eau. Cependant, la chaleur pour le dessalement thermique est nécessairement localisée sur le site de l'usine de dessalement, ce qui crée un défi.

« Il y a deux problèmes avec les centrales de cogénération à base de CSP pour la production simultanée d'électricité et le dessalement thermique de l'eau de mer :la corrosion de l'air salin, et que le DNI sur la côte n'est pas aussi bon qu'à l'intérieur des terres. Il y a donc une pénalité sur les coûts d'électricité et d'eau douce. La meilleure option pour ce scénario est d'installer l'usine CSP à l'intérieur des terres, loin des effets salins ambiants, et l'usine d'osmose inverse sur la côte, " il a noté.

L'électricité pour l'osmose inverse La sésalination peut être transmise à distance, mais la chaleur pour le dessalement thermique ne le peut pas. Donc, dans ce cas, Le CSP semble mieux associé à l'osmose inverse, lorsque les conditions d'eau de mer permettent l'utilisation de cette technologie sans problème.

Pour les centrales de cogénération CSP, le dessalement thermique est alimenté par la chaleur résiduelle disponible à la sortie de la turbine à vapeur. La faisabilité de cette option versus la production séparée d'électricité et d'eau dessalée (utilisant une partie de cette électricité) dépend de deux facteurs :requis par l'installation de distillation thermique) et le coût d'investissement spécifique de l'unité de distillation.

Par exemple, les centrales CSP refroidies à sec produisent de l'eau en hiver à environ 50°C à 60°C en été, proche de la température d'entrée de 70°C dont ont besoin les unités de dessalement thermique (MED basse température).

Au cours des dernières années, de nombreux efforts de recherche sont déployés pour développer de nouvelles surfaces d'échange thermique à base de matériaux polymères pour les installations de distillation thermique. De tels développements peuvent réduire considérablement l'impact du coût d'investissement sur le coût final de l'eau douce.

Dans le cas des usines de dessalement solaires thermiques autonomes, Le CSP est la meilleure option pour fournir l'énergie thermique à une température moyenne requise par des configurations à haut rendement :distillation multi-effets avec thermocompression, distillation multi-effets couplée à des pompes à chaleur à absorption et nanofiltration+distillation multi-effets.

Pourquoi le CSP est mieux associé au dessalement par osmose inverse (RO)

La technologie de dessalement prédominante d'aujourd'hui utilise un processus où seule l'électricité est utilisée, envoyer de l'énergie 24 heures sur 24 pour pomper de l'eau à travers une série de membranes pour extraire l'eau douce par osmose inverse (OI).

« Dans la plupart des pays du monde, pour les applications de dessalement à l'échelle industrielle, une centrale CSP couplée à une centrale RO qui utilise de l'électricité pour la centrale serait une meilleure option que de la coupler avec un dessalement thermique, " il a noté.

" L'OI est plus efficace quand on a ce qu'on appelle de l'eau " non difficile ", comme en Méditerranée, en Afrique du nord, et même en mer Rouge où la salinité est un peu plus élevée, ", a-t-il déclaré. "Par exemple, dans la mer Méditerranée, la salinité n'est que de 35 grammes par litre (g/L) et vous n'avez pas le problème de changer les conditions qui pourraient endommager les membranes."

La consommation d'énergie spécifique dépend de la salinité de l'eau. Plus la salinité est élevée, plus la consommation d'énergie spécifique est élevée :« Par exemple, au top de l'efficacité, ici en Espagne, avec une salinité d'environ 34 à 35 g/L, la consommation d'énergie spécifique typique dont chaque module RO a besoin est d'environ 3 kWh par mètre cube d'eau douce produite."

"Mais le Moyen-Orient avec une salinité plus élevée, 40 à 45g/L, a une consommation d'électricité plus élevée, parce que vous avez besoin d'une pression plus élevée, ils ont donc généralement besoin de 4,5 kWh par mètre cube."

CSP + stockage =100% dessalement solaire

Alarcón-Padilla soutient que le seul dessalement véritablement 100 % solaire est avec CSP, en raison de sa capacité à fournir de l'énergie ferme pour de longues durées avec le stockage d'énergie thermique (TES). Citant l'usine Metito récemment annoncée en Arabie saoudite, aurait été alimenté par l'énergie solaire photovoltaïque, il a noté qu'à la tombée de la nuit, l'usine passera au réseau électrique.

"Pour moi ce n'est pas du dessalement solaire, " Il a dit. " Le vrai dessalement solaire, c'est quand vous faites face au défi de faire face à une source d'énergie variable comme l'énergie solaire. CSP peut fournir un profil très plat. Il a un avantage en raison de sa capacité d'expédition."

"En principe, le PV semble moins cher, mais vous avez le problème de l'absence de dispatchabilité. La distribution d'énergie n'est pas plate. Il est variable au cours de la journée. De plus, le PV n'a pas de stockage bon marché disponible pour une grande capacité."

Le dessalement ne peut pas être désactivé lorsque les nuages ​​passent, il a souligné. "Vous pouvez avoir des problèmes d'entartrage dans la membrane si vous continuez à l'allumer et à l'éteindre.

Par conséquent, lorsque le PV est proposé, il doit être sauvegardé sur le réseau, résultant en un dessalement solaire bien inférieur à 100 % :« Lorsque cette usine de dessalement « solaire » prélève de l'électricité sur le réseau, pour moi, c'est juste une centrale photovoltaïque qui met de l'électricité dans le réseau"

Le même problème s'applique au CSP sans stockage, bien sûr. Au coucher du soleil, sans énergie stockée, CSP passerait également au réseau électrique. Le stockage aide aussi financièrement :« Vous voulez que l'usine RO fonctionne le maximum d'heures pour réduire l'impact du coût d'investissement et le coût final de l'eau.

Mais il existe plusieurs types de stockage. En plus du stockage thermique de CSP, lui et le PV peuvent simplement stocker n'importe lequel de leurs excédents de « solaire déversé » dans de l'eau douce, rentabilité croissante.

« Le stockage de l'énergie est très coûteux, mais le stockage de l'eau - juste dans un réservoir d'eau normal - est très bon marché, " a noté Alarcon-Padilla. " Lorsque la demande en électricité est faible, vous pouvez mettre les modules de dessalement en service afin de produire plus d'eau douce. "