Om avsaltning av havsvatten

Hur skriver man ett inlägg för KU? Alla som har specialkunskaper om något som har en naturlig koppling till klimatfrågan, det må handla om kunskaper om någon aspekt av exempelvis meteorologi, hydrologi eller oceanografi, eller om klimatpolitik är alltid välkomna att erbjuda gästinlägg.

Det är värre när man har skrivit inlägg för KU  i 7 års tid. Då vill man gärna förnya sig. Som en del läsare kanske har noterat så har jag under det senaste halvåret gjort tappra försök att själv förstå olika aspekter lite bättre. Jag var ju väldigt nöjd när jag plötsligt insåg att jag i http://www.klimatupplysningen.se/2017/12/04/om-jordens-stralningsbalans/ mer eller mindre hade ”härlett” Kiehl-Trenberths figur för att beskriva jordens strålningsbalans.

Det jag inte fullt ut förstod då, var att den omstridda ”bakåtstrålningen” helt enkelt var en ”rest-term som behövdes för att få balansen att gå ihop. De flesta av de övriga termerna berodde mer eller mindre på observationer och mätningar, men bakåtstrålningen baseras inte på mätningar av den, utan den införs för att balansen ska bli vad man tror att den är.

I stort sett brukar detta vara vad som händer. Jag ger mig på en aspekt. Surfar runt för att ta in så mycket kunskap jag kan. Efter ett antal timmar skriver jag ett inlägg som jag för det mesta är ganska missnöjd med – men i efterhand har jag oftast lärt mig någonting nytt.

En av de insikter som jag delvis hade redan innan men som känts mer och mer relevant under de här åren när jag skrivit på KU, är de stora skillnaderna i energitäthet mellan olika energislag. Vi har huvudsakligen tre former av energi mekanisk energi << värmeenergi << kemisk energi. Jag inser att egentligen borde jag naturligtvis också ta upp elektrisk energi men när det gäller denna så används den huvudsakligen för att transportera energi från ett ställe till ett annat eller från en form till en annan.

Ett sätt att illustrera skillnaderna i energitäthet är att beskriva hur man kan få fram en kilowatt-timme och vad den kan användas till. Med mekanisk energi behövs det i stort sett 40 kubikmeter vatten med en fallhöjd på 10 meter för att producera 1 kWh. Detta är 3,6 MJ, d.v.s. 3,6 miljoner joule, och det är också 900 kilokalorier vilket kan värma 1 kubikmeter vatten 0,9 grader. Vi kan få ut lika mycket energi ur 1 dl diesel.

I ett tidigare inlägg tog jag upp vattnets kretslopp, främst som en förberedelse för att så småningom förstå mig på de problem som beror på om det lokalt finns för lite eller kanske tillfälligt för mycket vatten. Att översvämningar kan skapa stora bekymmer är något som nyhetsmedia emellanåt berättar för oss, men det motsatta problemet, brist på vatten är dock betydligt vanligare och ofta ett mer permanent problem.

Dessutom talas det ofta om att ”klimatförändringarna kommer att leda till en ökande brist på rent vatten, så att globalt är vattenfrågan lika viktig som energifrågan och de hör ju dessutom ihop. Detta är min lilla ursäkt för att ta upp frågan även i detta inlägg.

En anledning till att brist på vatten är ett vanligare problem än överflöd är att även om vattentillgången ofta är en begränsande faktor för såväl flora som fauna och i vill mån även för människor, så är den ”mycket mindre begränsande än exempelvis kyla”. De enklaste sättet att förstå detta är att observera mängden vilda djur i områden där vinterna är den begränsande delen av året, med områden där en torrperiod är begränsande.

Tack vare att föda kan transporteras långa vägar så har dock befolkningen ökat även där tillgången på vatten är den viktigaste begränsande faktorn. Vatten kan visserligen kan transporteras ganska långa sträckor i rörledningar, men jämfört med hur mycket mat vi äter så använder vi mycket, mycket, mycket mer vatten, vilket innebär att vatten i princip används lokalt där det finns.

Det vatten vi främst behöver är rent sötvatten, medan det som det finns gott om är salt havsvatten. Tack vare att energi har blivit billigt så har man under de senaste decennierna använt olika metoder för avsaltning för att ”göra sötvatten” av havsvatten. Detta är en process som kräver energi, och jag har undrat hur mycket energi som behövs.

Det beror naturligtvis på hur salt det vatten är som tas in i anläggningen, så att det bör krävas väsentligt mindre att använda bräckt vatten från Östersjön eller ännu bättre Bottniska Viken, jämfört med vatten ifrån Medelhavet. Behoven är dock betydligt större i länderna runt Medelhavet, eller Persiska Viken, där salthalten kan överstiga 3% (jämfört med 1,5% i Östersjön). De anläggningar som används idag tycks kräva ungefär 3 kWh per kubikmeter och det finns teoretiska uppskattningar som anger att det behövs ungefär 1 kWh per kubikmeter.

Det finns en omvänd situation, nämligen att använda skillnaden i salthalt mellan flodvatten som rinner ut i havet och havsvattnet för att generera elektricitet. I det fallet tycks det handla om att det går att få ut ungefär 0,75 kWh per kubikmeter sötvatten, vilket verkar rimligt. För att få ut 0,75 kWh i ett vattnekraftverk med en fallhöjd på 10 meter behövs det ungefär 40 kubikmeter, vilket är ett nytt exempel på hur mycket högre energitäthet det finns i kemisk energi.

Dela detta inlägg

33 reaktion på “Om avsaltning av havsvatten

  1. 1
    Lasse

    Avsaltning och solceller borde väl gå att få fungera tillsammans.
    Omvänd osmos är väl den metod som nyttjas.
    Tryck lurar vatten att ta sig över ett membran där salter fastnar på den trycksatta sidan.
    På 1990 talet kände jag mig tvungen att avråda en beställare från en sådan anläggning. Det var främst energikostnaden som gav ett pris på vattnet på ca 10 SEK per kubikmeter (då).
    Var väl lite av en miljömupp i deras ögon då. ( det rörde sig om gröna greener)
    Fast i gott sällskap: https://wattsupwiththat.com/2018/05/06/study-climate-skeptics-engage-in-more-eco-friendly-behavior-than-climate-alarmists/

  2. 2
    Lars Cornell

    #1 Lasse. Solceller och avsaltning är ingen bra kombination. Det snubblar på kostnaderna.

    Antag att halva kostnaden för avsaltning är energi 3 kWh/kbm (fall 1) och den andra halvan är anläggningen. Kanske någon har bättre siffror men vi börjar med det antagandet.
    Fall 1 – El från nätet där elen kostar 50 öre/kWh och anläggningen 1:50/kbm. Då blir kostnaden 3:-/kbm.
    Fall 2 – El från solceller, vi antar att den elen kostar 1:-/kWh. Antag att solcellerna producerar energi 6 timmar/dag = 25% av tiden. Då blir elkostnaden 3:-/kbm och anläggningskostnaden 4*1:50 = summa 9:-/kbm.
    Fall 3 – Värme från kärnkraft. Antag att värmen är spillvärme och kostnaden därför försumbar. Då blir produktionskostnaden 1:50/kbm.

    Siffrorna ovan är hitta-på-siffror eftersom jag inte har något annat. Det vore intressant om någon kunde få fram erfarenhetsbaserade värden.

  3. 3
    Sten Kaijser Inläggsförfattare

    Lars och Lasse,

    jag kan faktiskt tänka mig att sol och avsaltning kan vara en bra kombination – oavsett kostnaderna. Anledningen är att de finns på samma ställen. Naturligtvis är det enklare och bättre att använda en dieselgenerator men om ett fattigt land vill använda solel för att driva en avsaltningsanläggning så kan de säkert få Sverige eller annat europeiskt land att stå för investeringen. Det som kan bli problem är skötseln av anläggningen. Det gäller att bli av med saltbeläggningar på membranen och att mineralberika det vatten man får fram.

  4. 4
    Håkan Bergman

    Värme från solen har väl en verkningsgrad på 60% och är betydligt enklare än el från solen.

  5. 5
    Sten Kaijser Inläggsförfattare

    Håkan Bergman #4,

    alldeles riktigt men avsaltning genom avdunstning tycks kräva mycket mer energi. Däremot tror jag att du har rätt i det att man kan använda solen effektivare än genom att gå omvägen över el — och det kanske man redan gör på sina håll.

  6. 6
    Håkan Bergman

    Sten Kaijser #5

    För mindre tillämpningar kan det nog duga, ser att man kan t.o.m. komma upp i 80% verkningsgrad. Finns nog en hel del skojiga hembyggen, mest för uppvärmning och betydligt billigare och resurssnålare än solpaneler.

    http://www.brunzell.com/projekt/solfangare/

    För större tillämpningar kan man använda vacumevaporatorer i flera steg, vi vill ju inte ha vattenånga så vi kan kondensera den och återvinna en stor del av energin.

    https://www.lenntech.com/chemistry/vacuum.htm

  7. 7
    PJ

    Israel har ju kommit långt när det gäller avsaltning. T.ex. deras Sorek anläggning.

    http://nocamels.com/2017/05/desalination-israel-drought-water-shortage/

    Tekniskt är det inga som helst problem att avsalta vatten, men som vanligt blir det en fråga om säker tillgång till billig energi. I Israels fall levereras den större delen från kol och gas men möjligtvis skulle sol kunna ge ett mindre tillskott (t.ex. Ashalim)…

  8. 9
    Evert Andersson

    Intressant om energitäthet. Lägg till energitätheten i vind så förstår man även hur tokig den idén är.

  9. 10
    Johan M

    Billigare än att avsalta havsvatten är nog att rena det sötvatten man har. Om vi tar Stockholm som exempel så återförs nästan allt vatten vi ”konsumerar” och renas i de reningsverk vi har. Vi skulle i princip kunna ta det renade vattnet och pumpa in det i vattenreningsverket direkt. Antalet liter per år och capita blir då mycket litet. Kostnaden har vi redan och sist jag kollade så betalade vi ca 5 kr/m3 för vattnet i Stockholm.

    Det finns kanske ingen stad där man låter renat avloppsvatten cirkulera till dricksvatten men det finns en del lösningar där man skiljer på gråvatten och svartvatten och/eller har skilda system för dricksvatten och bevattningsvatten. Att samla upp regnvatten för bevattning av träd i städer är också en teknik som sparar på rening eller uttag av grundvatten.

    Kostnaden för att avsalta havsvatten är i dag nere på nivåer där dricksvattenbrist inte behöver vara ett problem. Det som ligger runt hörnet är naturligtvis då kostnaden är ner på nivåer där det lönar sig att använda vattnet till odlingar. Det är väl snart så billigt att man kan bedriva växthusodlingar men vi kanske snart är nere i nivåer där man kan bedriva öppna odlingar. Då kommer det att hända saker.

  10. 11
    Lac

    Om brist på vatten är ett problem så är kanske kondomer och p-piller en bättre lösning än avsaltning.

  11. 12
    Ivar Andersson

    #10 Johan M
    ”Kostnaden för att avsalta havsvatten är i dag nere på nivåer där dricksvattenbrist inte behöver vara ett problem.” Beror på om man kan använda den billigaste energin eller ska använda sol och vind.

  12. 13
    tty

    Nej, solenergi och avsaltningsanläggningar är ingen bra kombination.

    En stor del av kostnaden för avsaltat havsvatten är investeringskostnaden för avsaltningsanläggningen. Att då köra den maximalt ca 12 timmar per dag, och med full effekt bara några timmar mitt på dagen blir orimligt dyrt.

    Detsamma gäller f ö för de flesta andra ”snillrika” förslag till att använda sol- eller vindkraft som t ex vätgastillverkning.

    Ett undantag är den traditionella användningen för småskalig vindkraft (och numera även solkraft) i bl a Australien, USA och Sydafrika, nämligen att pumpa upp vatten ur djupa brunnar. Det går bra att pumpa upp en skvätt nu och en skvätt då, förutsatt att man har en rejäl (men relativt billig) vattentank eller en damm som buffert, och vatten tål ju att lagras.

  13. 14
    tty

    #8

    Nu är det ju faktiskt så att ingen av de här olika produkterna förbrukar egentligen något vatten alls.

    Allt vatten kossan dricker/äter kommer ut igen utom den lilla del som blir kvar i muskelvävnaden och tar en omväg via oss innan den går tillbaka i cirkulationen.

  14. 15
    tty

    Det är förresten underligt att man aldrig räknar med ”water footprint” för annat än mat. Ta t ex trä (”biomassa”). En björk förbrukar typiskt 300-400 liter vatten per dag under vegetationssäsongen. Om vi räknar med 180 dagar (representativt för Svealand) blir det 54 000-72 000 liter per år.

    Bjökskog brukar anses avverkningsmogen efter 40-60 år, beroende på var i Sverige den växer. Det motsvarar alltså att en avverkad björk har förbrukat mellan 2 000 000 och 4 000 000 liter (2000-4000 kubikmeter) vatten.

    Det är uppenbart att vedeldning/användning av biomassa har ett helt orimligt ”Water Footprint”. Om man däremot förbränner t ex naturgas eller olja producerar man vatten:

    CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O

    Hmmm…. Det argumentet har jag aldrig använt mot någon miljöpartist. Kan vara värt att testa.

  15. 16
    Sten Kaijser Inläggsförfattare

    Hej tty,

    jag hoppas att du noterade att min förutsättning var att det var ”någon annan” som betalade för anläggningen! Jag kan utmärkt väl föreställa mig att SIDA skulle hosta upp en hel del pengar för att knna skryta med att man anlagt en avsaltningsanläggning som drivs med solenergi — tror inte du det?

  16. 17
    Bengt Abelsson

    # 10 Johan M

    Längs de stora floderna i Europa tar man råvattnet uppströms och släpper ut nedströms.
    Så en stads utsläpp blir nästa stads råvatten.
    Totalt sett borde problemen bli mindre om vattenintagen alltid måste vara nedströms det egna utsläppet.

  17. 18
    Lars-Eric Bjerke

    #16 Sten,
    På 80-talet hade SIDA och Svenska Varv planer på att driva en avsaltningsanläggning med principen omvänd osmos där den nödvändiga tryckenergin hos saltvattnet skapades av en slangpump som drevs av havsvågorna. Slangpumpen var en armerad vertikal gummislang med en backventil i vardera ändan som ändrade volym då den sträcktes av en boj. Pumpen gav lätt 15 bar i tryck och volymflödes bestämdes av slangens och bojens storlek. Det trycksatta saltvattenflödet till land skapades alltså med två backventiler som enda rörliga delar. Vågor har ganska stort energiinnehåll, på västkusten i medel över året ca 3-6 kW/m vågfront och på norska västkusten ca 30 kW/m vågfront. Utvecklingen avbröts ganska snart då Svenska Varv avvecklades.

  18. 19
    Lars Cornell

    #18 Bjerke. Jag vet att Sten och andra räknat på det. Jag har också räknat och kommer till helt andra värden. Förmodligen har vetenskapsmännen räknat rätt, energimängden kan vara så stor. Men jag har med min ingenjörsmetod också räknat rätt. Den utvinningsbara energimängden ligger avsevärt lägre. Det har praktiska försök att utnyttja vågkraft visat. En skillnad är att vattenmolekylerna rör sig cirkelformat. Men det går ej att utvinna annat än den vertikala rörelsen vars energi är betydligt mindre.
    http://www.klimatupplysningen.se/2016/10/04/vagkraft/

    Om vi omvandlar vågen till två tvärsnittsrektanglar så är den övre ca 0,5m hög och 2 m lång (not) volym således 1 kbm. Den undre är lika stor och masscentrum en halv meter lägre. Vi får in max 600 sådana vågor per timme. Lägesenergin blir då [E=m*9,81*h] = 1000 * 9,81 * 0,5 * 600 = 3 000 000 Ws = 0,8 kWh per timme.

    Det är rätt stor skillnad mellan Kaijsers vetenskapsberäkning ”Detta innebär att om våghöjden är 1,5 meter och perioden är 4 sekunder så finns det drygt 4 kW/m” och min ingenjörsberäkning 0,8 kW/m. Att omvandla det till användbar energi har väl ingen lyckats med ännu sedan även Seabased tydligen misslyckats.

    (not) En våg bryter vid längd/höjd förhållande ca 7. Men om man snittar vågen till två rektanglar (för att kunna räkna okomplicerat) så kan det förhållandet ej bibehållas.

  19. 20
    Lars Cornell

    Kommentar till #19. Det går förmodligen endast att få ut energi när vågen höjer sig. Om man skall få energi även när den sänker sig måste ‘flytbojen’ göras så stor och tung att den dåligt följer vattenytan.
    Jämför en endiodslikriktare med en likriktare med en diodbrygga (fyra dioder).

    Jag tror att det blev Seabaseds akilleshäl. Den rörliga magnetkärnan måste göras flera tusen kilo tung för att kunna avge energi i nedåtgående rörelse.

  20. 21
    Lasse

    #20
    Seabase håller på med vågenergi.
    Igår fick jag erbjudande om att satsa på deras energilösning i samband med vattentillverkning på Kanarieöarna.
    Crowdfunding:
    ” The partnership will begin with a project for a pilot 5 MW installation to provide energy for a desalination plant”

    #14 tty Utan vatten inget liv! Men du har rätt vattnet är i ett kretslopp!

  21. 23
    tty

    #22

    ”Dessutom är det gott om vind.”

    Men ändå är Kanarieöarnas elförsörjning till nästan 100% baserad på fossileldade kraftverk:

    http://www.ree.es/en/activities/canary-islands-electricity-system/transmission-grid-in-the-canary-islands

    För Gran Canarias del t ex 473 MW ångturbiner och 433 MW tvåcykel gasturbinverk. Jag har inte hittat några färska uppgifter för Gran Canaria, men 2015 fanns det 165 MW vindturbiner på hela ögruppen. Vindkraften är alltså ytterst blygsam.

  22. 24
    Lars-Eric Bjerke

    #19 och #20, Lars Cornell
    Finessen med Svenska Varvs slangpump var att den är billig och enkel- en slang och en boj, som skapar trycksatt vatten för avsaltning med hjälp av vågorna utan behov av elkraft. Den visade sig fungera utmärkt vid försök nära Vinga.

  23. 25
    Sten Kaijser Inläggsförfattare

    Ett stort tack till Lars-Eric Bjerke, Lars Cornell och tty (obs bokstavsordning : )

    Jag instämmer med Lars-Eric att vågenergi som direkt ger tryck, utan omvägen över el, verkar kunna vara en bra lösning för öar där det finns tillräckligt med vågkraft. Möjligen också vid Medelhavets kuster, men knappast i Persiska Viken eller Röda Havet. Att solenergi skulle kräva att ”någon annan” står för investeringen verkar också rimligt.

    Sammanfattningsvis så kan väl några av oss, vi som helst talar om koldioxidberikning av atmosfären, vara tacksamma att det ännu finns gott om fossila bränslen i en del av de länder som kan ha behov av attt avsalta havsvatten för att få färskvatten.

    Jag kan också hålla med Johan M om att stora mängder färskvatten skulle kunna sparas om man i större utsträckning återanvände nedsmutsat vatten. Jag tror mig dock ha läst någonstans att i någon stad, kanske São Paolo, så används vatten ”många gånger” så att det kanske redan förekommer hyfsad rening på många håll(?).

  24. 26
    Lars-Eric Bjerke

    # 25 Sten,
    Slangpumpar fast något mindre fungerade faktiskt utmärkt även i sjöar t.ex. Lygnern nära Kungsbacka.
    En inte försumbar vågbildning vid Vinga kom från den täta fartygstrafiken, d.v.s. slangpumpen återvann fossil energi.

  25. 27
    Sten Kaijser Inläggsförfattare

    Hej igen Lars-Eric,

    en av de saker som jag inte lyckades utläsa under studierna inför inlägget var har stort tryck som behövs, för att motverka det osmotiska. Är det någon som kan svara på den frågan.

  26. 29
    Sten Kaijser Inläggsförfattare

    Tack,

    nu hittade jag de relevanta siffrorna. Havsvatten har tydligen ett osmotiskt tryck 27 bar vilket väl motsvarar en 270 meter hög vattenpelare. Det skulle alltså innebära att ett membran där på ena sidan en 270 meter hög saltvatten kolonn finns och på den andra friskt sötvatten så håller sötvattnet stund mot det höga trycket på andra sidan membranet. Blir trycket ännu högre så ska rent vatten kunna tränga igenom.

    Det här stämmer också med det sista stycket i mitt inlägg.

    Och till sist är det inte så konstigt att det osmotiska trycket är den dominerande kraften i mikrobernas värld.

  27. 30
    Lars-Eric Bjerke

    #29 Sten
    …..i mikrobernas värld och i växternas rötter.

  28. 31
    Johan M

    Vi behöver inte gå ut i vida världen för att hitta avsaltningsanläggningar. För något år sedan byggdes en anläggning i Herrvik på Gotland och en större anläggning skall stå klar i Kvarnåkershamn nästa år.

    Något intressant är att de i Herrvik har byggt ut reningsverket så att det renade avloppsvattnet kan användas för bevattning på åkrarna.

    http://www.helagotland.se/samhalle/varenda-droppe-tas-om-hand-i-ostergarn-14089502.aspx

    Så vi har på Gotland den lösning som man redan har i stor skala i Israel. Det enda som behövs för att bygga ny anläggningar är billig energi – och det är inget problem.

  29. 32
    Jan Andersson

    Hej
    Jobbar sedan 2009 med vattenfrågor för
    Vättern. Vi kommer om cirka 7 år att
    utöver vattenförsörjning för dagens
    250’000 personer att även leverera
    vatten till 5 Örebro-län-kommuner. Vi notera
    Vi vet att p.ga. havsnivåhöjning även i
    Östersjön kanske att försörja Mälardalen
    och Sthlm då vi får saltvatteninträngning
    i Mälaren. (Rättelse Vätterns totala volym
    ligger mellan 73-74 kbkm).
    I samband med min senaste exp.resa
    till Antarktis nämndes av medföljande
    forskare att havshöjningen till viss del
    är beroende av den globala temperatur-
    höjningen. Om cirka 20-50 kan vi för-
    vänta oss upp till 6 m havshöjning.
    Vet du eller någon annan vad
    saltvatten har för utvidgningskofficient?

  30. 33
    Sten Kaijser Inläggsförfattare

    Käre Jan,

    jag hoppas att du lever i 50 år till och då har fått uppleva att Stockholm åter måste sänka sina kajer eftersom landhöjningen fortfarande kommer att överstiga en eventuell havsnivåhöjning.

    Kan du ge trovärdiga källhänvisningar till varför du tror att haven kan stiga upp till 6 m ? På hur lång tid?

    Om du menar 20 – 50 000 år så är det naturligtvis ingen som vet även om vi då förmodligen har en ny istid så att haven snarare sjunkit en 30 – 40 meter.

    Ett gott råd: Ta reda på vilka argument som finns bakom påståendet om en snabb havsnivåhöjning. Om det är datormodeller så ska du veta att alla modeller har grovt överskattat hur snabbt uppvärmningen går.

    När det gäller värmeutvidgning för vatten är det uppenbarligen en skillnad för kallt vatten (under 4 grader) mellan salt och sött, men såvitt jag vet inte vid högre temperaturer. Enligt engelska Wikipedia så skulle en 1000 meter djup vattenpelare bli 69 mm längre om hela pelaren blev 1 grad varmare. Det brukar antas att det finns en strålningsobalans för jorden på 1 W per kvadratmeter. Om den uppskattningen är riktig så skulle de översta 1000 meterna värmas en tusendelsgrad på ett år eller kanske en tvåhundradelsgrad på 50 år viket skulle ge en värmeutvidgning om 1/3 millimeter.

Kommentarer inaktiverade.