1

סביבה וגלובליזציה, אנרגיהוהקשר להתפלת מים

רפי סמיט

Technion - Israel Institute of TechnologyGrand Water Research InstituteRabin Desalination LaboratoryChemical Engineering Department

2Source: Seckler et al, 2002S

Water deficiency 20042

1.5B 3B20042 20252

2004 20252

3

4

Related DocumentsDriving Forces for Desalination R&D

Need for Water

Global need, Industry, Agriculture, Remote Locations, Desertification, Etc.L

Cost Difference - (Industry/Urban - Agriculture)C

Cost Difference - (Thermal Processes - Membrane Processes)C

Technologies for Export

4RDL GWRI Technion

ÿÿÿÿ

Ì Ì Ì Ìʺ ʸ ʰ ʤɦʴ

-215

-214

-213

-212

-211

-210

-209

-208

66 68 70 72 74 76 78 80 82 84 86 88 90 92 94 96 98 00 02 04 06 08

0

000

ʤɹʲ0

ʲ̡ʲʲʲ

ʱʴ

Red line Northern Aquifer + 9 m.R

Red line central Aquifer + 12 m.R

South

Leve

l - m

.L

Mountain Aquifer

Chloride – year 2000

1963

Coastal Aquifer Coastal Aquifer

salinization processessalinization processes

Shore Basin

Product tank

Feedwater

Low pressure pump

Pre-treatment

MembranesPost Treatment

Product water

High pressure pump

To concentrate disposal

Energy recovery unit

Concentrate

Reverse Osmosis - Membrane Desalination

8

Straining

Micro/Ultra-Filtration

Adsorption

Reverse-Osmosis or Nano-Filtration

Modern Sewage Treatment

Secondary treatment

MBR

Concentrate disposalPolishing

Sludge/ solids treatment

Energy Compost

Man made polluted waters: Industrial, agriculture and urban effluents

RDL GWRI Technion

DesalinationDesalination((Desalting, Desalinization((Desalting, Desalinization

– Process of removing salt from water

Practically – removing water from salt solutions Major processes::

Ion ExchangeElectro-Dialysis Other techniques

Reverse Osmosis ::Solar distillers Distillation Freezing

Use of renewable energies

(Solar, wind, nuclear, waves, etc.)Solvent extraction, clathrates

Forward Osmosis, Membrane Distillation electrolytic capacitance

Air humidification RDL GWRI Technion

A: Product water tankB: Post-treatment buildingC: East SWRO, stage 2-4D: East SWRO, stage 1E: East gravity filterF: West gravity filterG: Admin, lab, control roomH. West SWRO, stage 2-4 I: West SWRO, stage 1

H G F E

D

C

B

A

Hadera – 2010 Desalination plant 100-129 million M3/y

Thermodynamics – the concept of minimal energy andIrreversibility

Minimal energy needed to separate a component from binary solution is equal to:b

2

10 01002

0.296log

100

nT pW dn

n p− =

− ∫

2

10

ln lnn

w n

pW Fdn RT a dn RT dn

p− = ∆ = =∫ ∫ ∫

100.296 log wW T a− =Energy needed per 1m3 produced from an infinite

source of 3.5% salt concentration seawater is 0.79 KWh/m3. For 50% recovery, the energy

demand is 1.09 Kwh/m3..

Source Technique Heat requirements

KWh/m3( (Thermal( Electricityrequired

KWhe/m33

Combined Energy demand

KWhe/m33

(Blank et al. (2006( RO -- 4-64 4-64MSF (Thermal) 40-120( 2.5-52 12-581MED (Thermal) 30-120( 2-2.52 4-584

El-Nashar MSF (Thermal) 25-114( 4.84 Not clear

(El-Sayed (2001( MSF variations 34-1023 2-2.22 17-471

(Ophir & Gendel (2006( MVC (electricity) 7.2-11.1( 1.21 8.4-12.38(Ophir & Lukiec (2007( MED 4.84 1.21 66(Glueckstern, (2004( MED 6-126

MSF 10-161RO 3.83

(Wilf (2004( RO 3-43

. Different energy requirement for industrialdesalination techniques..

Estimations for thermal units depend on GOR achieved in plant

Energy usage in Desalination - comparisonSubject \ Fuel Gas Gasoil Heavy fuel Coal

Caloric value Kcal/Kg fuel 9000 10750 10000 7700Caloric Value Kwht/Kg fuel 10.5 12.5 11.6 9Electricity production (45% eff.) Kwhe/Kg fuel large Power station 4.7 5.6 5.2 4Electricity production (80% eff.) High efficiency gas turbine Kwh/Kg fuel 8.4Capacity - Seawater Desal (50% Recovery) m3/ kg fuel 1.3 1.6 1.5 1.2

80% efficiency 2.4Fuel consumption/ ton Desalinated water Kg fuel /m3 0.7 0.6 0.7 0.9

80% efficiency 0.4How many km can I drive with 1 m3 Desal water fuel consumption? 2-7 2-6How many hours of AC - single room (2.5 Kw-h) can I operate? 1.4

Household Energy ConsumptionElectricity, transportation and desalinated water…

A small family, consumes water at a rate of 18 m3/month,A1200 KWh of electricity /month, Drives 1500 km/month, consumes 160 liter

gasoil/monthEnergy consumption assuming only desalinated seawater used - 140

KWh/month (fuel value)KEnergy consumption - driving a car - 1500 KWh/month (fuel value)(Energy consumption - electricity - 1200/0.45=2667 KWh/month (fuel value)(Energy for desalination/ energy for transportation - 9.3%9Energy for desalination/ energy for electricity - 2.6%2Energy for desalination/ total energy consumption - 3.4%3Can we save 3.4% in our household energy consumption?CWhere we should put our energy for use? In water? In high energy consuming

cars? In overused AC?cA nature trip of 300Km from Tel Aviv to the Negev or the Galilee,

in a four wheels drive, is equivalent in terms of energy to desalinated seawater consumption of a family of four people (16m3/month) of 7 months!!!

צריכת האנרגיה בישראל – ויקיפדיה Energy consumption in Israel

Total energy imported and produced in Israel in 2006 is 24.06

equivalent million tons oil – 1.04*10^18Joul

Electricity – 40%. Fuels products – 43%. Palestinian Authority – 13%.

Solar heaters – 3%.

Electricity production – 46,175 millions KWh (2006) 50,161 millions

KWh (2008) Rate of change – 1.7-2,7%/year.

Yearly energy consumption expected by 2013 for desalinated water –

3.7KWh/m^3*600 million m^3 = 2220 millions KWh

Electricity for desalination/total electricity production – 4.42%

Electricity for desalination/total energy consumption – 1.77% !!!!!!!!!!

Correction for PA – 2.0%

Correction for 10% increase in total energy consumption – 1.85%

Desalination and proper water usage Other costs should be included

besides Energy• Cost of water in negligible for regular household• Cost of water is tolerable for most industries• Cost of water is significant in agriculture

Make better usage of water:M– Use of greenhouses– Use Drip-Irrigation – save 30-90% of water

consumption by other irrigation techniques – reduce the cost problem

18

200-250 m2 are needed to make 1 m3 water a day!d

Rachel Einav

Water Shortage in Israel

Who gets less water?

Nature

קבוצת המאבק למען נחל בצתתושבים בגליל המערבי

בצת נחל

נחליחיעם

נחלגעתון

שעל נחל

כזיב נחל

העמק בית נחל

שרך נחל

בירנית נחל

מתת נחל

גליל נחל

חניתה נחל

מצובה נחל

עבדון

זרעית

אדמית

מצובה

מערבי הצפון חלקו את מנקז בצת מערבי נחל הצפון חלקו את מנקז בצת נחלבעבר נבעו ובערוצו העליון הגליל בעבר של נבעו ובערוצו העליון הגליל של

כרכרה כרכרה עיינות עיינות

של , , הנחלהנחל האיתן מנחלי אחד של שהיה האיתן מנחלי אחד שהיההמערבי המערבי הגליל ואתר , , הגליל עשיר גידול ואתר בית עשיר גידול בית

ומרהיב עממי ומרהיב טיולים עממי ומתייבש , , טיולים ומתייבש הולך הולךשאיבת שאיבת בשל האגן --בשל במעלה מקידוחים האגן יתר במעלה מקידוחים יתר

כרכרה עיינות

אילון

שומרה

קבוצת המאבק למען נחל בצתתושבים בגליל המערבי

עבדון

זרעית

אדמית

מצובה

בירנית נחל

מתת נחל

גליל נחל

חניתה נחל

מצובה נחל

מעלות

שומרה

מתת

פסוטה

גורן

יערה

שלומי

מעיליא

יחיעם

חורפיש

אילון

קידוחי

אקוויפר

החוף

החוף מאקוויפר מים השואבים קידוחים רווי המערבי הגליל שנים עשרות החוף מזה מאקוויפר מים השואבים קידוחים רווי המערבי הגליל שנים עשרות מזה

הגשם יבול על העולים בהיקפים העמוק ההר ומאקוויפר הגשם הרדוד יבול על העולים בהיקפים העמוק ההר ומאקוויפר הרדוד

המעיינות להתייבשות גורמות הקידוחים מן המתמשכות היתר המעיינות שאיבות להתייבשות גורמות הקידוחים מן המתמשכות היתר שאיבות

בצת נחל מעיין של לייבושו גרמה האגן שבמעלה שומרה מקידוחי היתר בצת שאיבת נחל מעיין של לייבושו גרמה האגן שבמעלה שומרה מקידוחי היתר שאיבת

כאן לחץ הייבוש תהליך כאן לפירוט לחץ הייבוש תהליך לפירוט

כרכרה עיינות

להמשךלהמשך

לכך הגענו לכך איך הגענו ??איך

29

WaterWater is needed in locations where agriculture is needed in locations where agriculture is still the is still the basis for lifebasis for life..

Simple agriculture cannot afford even Simple agriculture cannot afford even the currently relatively low costs. the currently relatively low costs.

It is a global question It is a global question of the same type of the same type

as the usage as the usage of of alternative energyalternative energy

sources to solvesources to solveenvironmental-pollution environmental-pollution problems. problems.

The future of mankind depends The future of mankind depends on finding the proper answers on finding the proper answers

to those questions, to those questions, in addition to the quest forin addition to the quest for

global peace.global peace.

29RDL GWRI Technion