海浪能量如何可能简化海水淡化

新一代小型、模块化、移动式、由波浪能驱动的设备正致力于直面海水淡化面临的最大问题。
Carlsbad Desalination Plant in Carlsbad, CA
许多现有的海水淡化厂,例如南加州的卡尔斯巴德海水淡化厂,都是大型的化石燃料驱动的工业设施,它们在产生大量淡水的同时,也产生了浓缩的卤水。 Allen J. Schaben / Los Angeles Times via Getty Images

本文最初发表于 Hakai Magazine,这是一个关于沿海生态系统的科学与社会的在线出版物。阅读更多类似的故事,请访问 hakaimagazine.com

2022年5月,加利福尼亚州官员一致否决了一项在亨廷顿海滩建造一座耗资14亿美元的海水淡化厂的计划。官员们表示,该工厂将生产昂贵的水,并可能损害海洋环境。这一决定并非完全否定海水淡化,但确实凸显了一些使海水淡化成为加州水资源问题不切实际的解决方案的问题。

Oneka Technologies 公司创始人兼首席执行官 Dragan Tutic 表示,由化石燃料驱动的大型海水淡化厂并不是从海洋中获取淡水的唯一途径。他的公司正准备为加州北海岸的小城布拉格堡(Fort Bragg)带来他们所说的可持续、实用的海水淡化技术。

布拉格堡曾是一个伐木小镇,直到2002年乔治亚太平洋(Georgia-Pacific)工厂关闭。如今,这里已成为一个受欢迎的旅游景点,拥有未经驯服的、被岩石悬崖环绕的海滩、生机勃勃的潮汐池以及一个以海玻璃闻名的海滩。

与加州大部分地区一样,水在布拉格堡是宝贵的资源。该市只有三个地表水源:诺约河(Noyo River)和两个小型支流。在干旱年份,这三条河流的水量都会减少,诺约河的水会变得微咸,使城市面临短缺的风险。

布拉格堡公共工程主管 John Smith 说:“我们有点骑虎难下。这就是为什么我们要看向海洋。”

在金州,由于地下水过度抽取和水库萎缩是严峻的问题,海水淡化这个想法不断出现。表面上看,这似乎很简单:从近海丰富的海水淡化。但传统的淡化设施规模庞大、运营成本高昂且不环保,尤其是在资源密集的过程由化石燃料驱动时。例如,南加州的卡尔斯巴德海水淡化厂占地2.4公顷,每年消耗246,156兆瓦时的电力,相当于约23,000户家庭的用电量。

Oneka 公司实验性的海水淡化装置不同于加州的任何其他海水淡化厂:它是一个6.5米宽的浮标。占地面积小是一个优势,但该装置的主要优势在于其由海洋供能。当浮标随着波浪来回摆动时,它将水通过过滤器,然后通过反渗透膜,去除盐和其他微小颗粒。“出奇地简单,”Smith 说。

亚利桑那大学化学与环境工程师 Andrea Achilli(与Oneka公司无关)将此类设备称为直接海水淡化系统。直接海水淡化也可以通过太阳能实现,太阳能可以转化为热量用于热法淡化。简单来说,热法淡化会煮沸海水,收集蒸汽,留下盐。同样,Oneka浮标不从外部能源获取能量;它拥有所有所需的设备。“这是对波浪能的极好利用,”Achilli 说。

更成熟的淡化技术存在其他环境问题,而该浮标也设法避免了这些问题。标准淡化会产生卤水——为了使海水变淡而去除的极咸的泥浆。这种卤水需要处理和处置。但 Tutic 表示,Oneka浮标扩散的卤水浓度很低,这意味着它可以直接排放回海洋,对环境的影响很小或没有影响。

Oneka 公司已在佛罗里达州和智利海岸部署了这项技术,并根据出现的潜在问题对其设计进行了修改。Tutic 表示,一个主要的挑战是使浮标足够坚固以抵御风暴。“我们最初于2015年和[2016年]部署的版本,我们进行了测试;我们大部分都损坏在海里了,”他说。“但这就是我们学习的方式。” Tutic 说,最新一代的浮标可以承受六米高的波浪,并且可以轻松断开连接并移动,以应对更极端的情况。

目前,布拉格堡的装置将有一个设备,每天生产约50,000升淡水。这量不大——约够43个普通家庭使用——但 Tutic 表示,该试点设备旨在收集水质和系统性能数据,以帮助公司进行改进和调整。他表示,最终,该公司希望安装一系列设备。“它是模块化的,”Tutic 说。“你可以调整多个单元,基本上制造你需要的所有水量。”

Achilli 似乎没有那么乐观。“波浪能的能量潜力……非常巨大,因为海洋很大,”他说。但他表示,可再生能源是稀释形式的能量,因此需要大量的材料和资源来利用所有这些潜力。换句话说,需要很多浮标。

随着布拉格堡努力应对其水资源困境,Smith 表示,海水淡化只是该市战略的一部分。该市还有一个移动式海水淡化厂,用于处理诺约河的微咸水,并计划建造水库。

Smith 表示,Oneka浮标并非万能的解决方案。但该试点项目不仅仅关乎布拉格堡的水资源。它也是一个概念验证——一种证明技术和工程可以帮助克服该州持续的水资源问题的途径。“我认为这是一个很好的开端,”他说。

本文首次发表于 Hakai Magazine,经许可在此转载。

 

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