Jebel Ali Desalination/pt
Conteúdo
Escassez de água
A água compõe 75% da superfície da Terra. Noventa e sete por cento desse desperdício está nos oceanos, que é água salgada. Isso deixa apenas 3% da água doce adequada para consumo humano, que é encontrada em águas subterrâneas, rios e lagos. Menos de 1% está realmente ao alcance humano. Isso significa que os recursos de água doce disponíveis são limitados e estão sendo cada vez mais esgotados em taxas rápidas. A Terra tem reservas de água doce sob sua superfície, mas é muito profunda para acessar de forma economicamente eficiente. A escassez de água é um problema mundial. Em 2005, 2,8 bilhões de pessoas viviam em áreas com grave estresse hídrico. Até 2030, o OECD Environmental Outlook estima que esse número aumentará em cerca de 1 bilhão, o que significa que cerca de 3,9 bilhões de pessoas estarão lutando para obter água. Isso seria 47% da população (Khawaji, 2008).
Muitas regiões semiáridas e áridas sofrem com escassez de água. Outro problema é que os danos são causados se as taxas de captação de água excedem as taxas de renovação natural, levando ao esgotamento da salinização da água e à desertificação da terra.
Quantidades crescentes de água doce serão necessárias no futuro com o aumento populacional e o aumento dos padrões de vida. É por isso que tecnologias como a dessalinização estão se tornando importantes para muitos países, como os Emirados Árabes Unidos. Olhando para a Usina Jebel Ali em Dubai, que acaba de inaugurar sua estação M, vemos como a dessalinização sustentável é importante.
História de Dubai
Ao contrário das cidades ocidentais, Dubai passou de pré-industrial para industrial e para pós-industrial em apenas 50 anos, em vez de mais de um século. Ela evoluiu de um assentamento de pescadores no Golfo Pérsico para uma cidade dominante do século XXI. É vista como uma das cidades mais bem-sucedidas da década de 1990, medida pelo crescimento econômico e atividade imobiliária. O desemprego atual é baixo, em cerca de 5%. O PIB per capita é mais de cinco vezes maior que o de seu maior vizinho. O PIB per capita é bem superior ao de outros estados da região. Tem um pico de cerca de cinco milhões de visitantes anuais, o que é mais do que o Egito ou a Índia. A indústria de pérolas foi a base econômica na maior parte do século XIX (Pacione, 2005).
A cidade teve um impulso econômico em 1902, quando a Pérsia impôs altas taxas alfandegárias aos comerciantes que operavam em seus portos. Isso criou uma transferência do comércio indiano, juntamente com comerciantes, artesãos e suas famílias, para os portos de Dubai. Nas primeiras décadas do século XX, sendo o principal centro de distribuição para o comércio com o interior, também se tornou o principal porto onde as mercadorias da Índia eram reexportadas para a Pérsia e países vizinhos.
Após a descoberta de petróleo offshore em 1966, o desenvolvimento da indústria de minério revolucionou a economia e a sociedade de Dubai. As receitas do petróleo permitiram que o governo empreendesse grandes projetos de infraestrutura e industriais, como a construção do Porto Rashid, a doca seca, uma fundição de alumínio e o porto e área industrial de Jebel Ali. Além disso, a comunidade mercantil local era muito importante porque muitos tinham conexões com contatos internacionais (Pacione, 2005).
O desenvolvimento urbano teve quatro fases principais em Dubai: 1900-1955, 1956-1970, 1971-1980, 1980-Presente. Crescimento populacional rápido: 1833: 1.500 1900: 10.000 1968: 59.000 1985: 370.788 1995: 689.420 2000: 862.387 53% nascidos no exterior 2002: 961.000 Fonte: Pacione, 2005
Dubai teve duas razões principais para um crescimento tão rápido. A primeira é a imigração. A expansão econômica baseada na indústria do petróleo criou uma demanda por mão de obra e conhecimento que só poderia ser satisfeita no exterior. A segunda foi um aumento natural. A cidade começou a ter maiores taxas de fertilidade e uma diminuição nas taxas de mortalidade infantil e, além disso, um aumento na expectativa de vida devido aos modernos cuidados de saúde. Atualmente, está enfrentando o desafio de fornecer infraestrutura e serviços adequados para uma cidade em rápido crescimento. (Pacione, 2005)
Dessalinização
Os níveis globais de consumo de água aumentaram drasticamente no último século. Muitos lugares, como o Oriente Médio e o Norte da África, estão enfrentando desafios de exceder os limites dos recursos hídricos renováveis. Felizmente, os custos da dessalinização e sua intensidade energética foram reduzidos nas últimas décadas. A água dessalinizada é a principal fonte de água potável no Oriente Médio.
Atualmente, a capacidade global é de cerca de 32 milhões de m3, com mais de 15.000 usinas de dessalinização. Isso é suficiente para abastecer cerca de 160 milhões de pessoas (Schiffler, 2004). Um ponto crítico de dessalinização intensa tem sido o Golfo Pérsico, mas se espalhou para o Mar Mediterrâneo, Mar Vermelho, Califórnia, China e Austrália. Setenta e sete por cento das usinas de dessalinização estão no Oriente Médio e Norte da África. Seguido pela Europa com 10%, as Américas com 7% e a Ásia-Pacífico com 6% das usinas. O Golfo Pérsico tem capacidade de 11 milhões de m3/dia. Os principais produtores no Golfo são Emirados Árabes Unidos, Arábia Saudita e Kuwait. No Mediterrâneo, a Espanha é a maior da região, com 7% da capacidade mundial. O Mar Vermelho produz 14% da capacidade mundial, que é de 3,4 milhões de m3/dia. Olhando para o futuro, a dessalinização mundial está aumentando em ritmo acelerado (Lattemann, 2008).
A dessalinização não é apenas para água do mar. As tendências atuais mostram que, para o processo de dessalinização, a água da fonte é geralmente água do mar com 58% da produção. Água salobra compõe 22% da água da fonte de dessalinização e 5% é água residual. A água dessalinizada é uma excelente fonte de água para processos industriais que precisam de água de alta qualidade. A água dessalinizada para irrigação é menos comum, mas pode aumentar significativamente. Atualmente, ela só é viável se forem cultivadas culturas de alto valor (Schiffler, 2004).
O custo da água dessalinizada é um dos fatores mais importantes. Oitenta por cento dos custos da dessalinização vêm do consumo de energia e dos custos de investimento. O consumo de energia depende do projeto do processo, tipo de membrana, sistema de recuperação de energia, qualidade da água dessalinizada, sistemas de descarte de águas residuais e sistemas de bombeamento para bombeamento (Lapuente, 2012). Cerca de 0,7 kWh/m3 é teoricamente a energia mínima necessária para obter água doce da água do mar. Na realidade, varia de 3 a 15 kWh/m3. Muitos países que usam dessalinização têm fontes significativas de energia fóssil doméstica, então as fontes de energia não são um problema (Schiffler, 2004).
Os custos de investimento são os custos iniciais, incluindo os custos de terra, construção e infraestrutura necessários para manter a planta operacional. O custo financeiro médio da dessalinização é de US$ 0,45 a 0,70/m3. Em países áridos, o custo da água de fontes convencionais distantes, como represas, geralmente é próximo ou maior do que a dessalinização. Outra melhoria de custo para a dessalinização é a vida útil da planta. A vida útil da planta aumentou. Anteriormente, a vida útil da planta era inferior a 15 anos. Agora é de cerca de 20 a 25 anos (Schiffler, 2004).
Muitas tecnologias de dessalinização foram desenvolvidas nas últimas décadas para ajudar a fornecer água doce. O processo de dessalinização da água do mar separa a água salgada do mar em 2 fluxos: um fluxo de água doce contendo uma baixa concentração de sais dissolvidos e um fluxo de salmoura concentrada. A água do mar é inadequada para consumo humano e para usos industriais e agrícolas. Ao remover sais do suprimento ilimitado de água do mar, a dessalinização é uma fonte importante de água doce. Alguns países dependem de tecnologias de dessalinização para atender às suas necessidades de água doce. No Oriente Médio, a dessalinização da água do mar é um recurso vital e confiável de água doce em países como Arábia Saudita, Emirados Árabes Unidos e Kuwait (Khawaji, 2008).
Os processos de dessalinização são térmicos, de destilação e de membrana. Algumas das tecnologias mais importantes são flash multiestágio, osmose reversa e destilação de múltiplos efeitos. A maioria das novas plantas usa tecnologias de membrana, especialmente osmose reversa.
A dessalinização ajuda a reduzir a pressão sobre os recursos hídricos convencionais e alivia a pressão sobre corpos d'água superexplorados. Além disso, a água dessalinizada é livre de patógenos, o que pode ser útil para alguns países em desenvolvimento. A água realmente precisa ser remineralizada antes de ser bebida (Schiffler, 2004).
Controvérsia
A dessalinização é uma tecnologia controversa. Ela tem tido problemas ambientais e de saúde. Esses problemas foram reduzidos por meio do progresso tecnológico. Muitos impactos ainda permanecem, especialmente durante a fase operacional das plantas. Um dos maiores problemas ambientais é a descarga de salmoura, que é um subproduto da dessalinização. A salmoura é uma solução concentrada de sal que é quente e contém produtos químicos. Isso geralmente é liberado de volta ao mar, o que pode impactar os ecossistemas costeiros ou marinhos. A salmoura quente pode realmente alterar a temperatura da água, tornando o habitat inabitável para algumas espécies. Isso pode alterar a composição da biodiversidade (Schiffler, 2004).
O outro impacto fundamental ao meio ambiente é a emissão de gases de efeito estufa na produção de eletricidade e vapor necessários para a usina de energia. É um processo que consome muita energia, o que pode poluir o ar.
Outro problema é a captação de água da fonte. Basicamente, grandes canos são colocados no oceano para captar água do mar. Algumas perdas de organismos aquáticos que colidem com telas de captação ou são atraídos para a planta com água têm sido um problema (Lattemann, 2008). Além disso, ruído, perturbação visual, interferência com acesso público e recreação, e os potenciais derramamentos acidentais de óleo são preocupantes (Schiffler, 2004).
Metais pesados são outro problema. Ligas de cobre-níquel comumente usadas como materiais de troca de calor em plantas de destilação. Concentrações de cobre no fluxo de rejeito de 15-100 ug/L. A EPA dos EUA recomenda concentrados de cobre de 4,8 ug/L para exposição breve e 3,1 ug/L para longo prazo. Anti-incrustantes previnem a formação de incrustações. Isso no fluxo de rejeito pode causar um problema de eutrofização. Coagulantes para coagulação e filtragem de mídia. Coloração intensa de fluxos de rejeito, vermelho, o que pode aumentar a turbidez e reduzir a penetração de luz. Também em fluxos de rejeito: agentes antiespumantes, produtos químicos de limpeza (Lattemann, 2008).
As usinas de dessalinização devem tomar medidas para mitigar os impactos no meio ambiente. As entradas de água da fonte usam uma combinação de diferentes telas de malha e baixa velocidade de entrada, de modo que evita que animais sejam sugados. O uso de energia tem potencial para uso de energia renovável. A seleção do local também é importante. Ecossistemas e habitats devem ser evitados, se forem únicos, protegidos, ameaçados, importantes para alimentação ou reprodução na área. O local deve estar próximo ao mar, às redes de distribuição de água e aos consumidores para evitar construção e uso do solo, tubulações e esforços de bombeamento para distribuição de água. Permitir conexão de energia a outras infraestruturas, como estradas e rede elétrica (Lattemann, 2008).
Usina de dessalinização de Jebel Ali
A estação Jebel Ali M foi inaugurada oficialmente em 8 de abril de 2013. É a maior usina de energia e dessalinização dos Emirados Árabes Unidos. A estação M a gás de Dh10 bilhões se junta às outras usinas operadas pela Dubai Electricity and Water Authority (Dewa) em Jebel Ali. Ela aumentou a eficiência, o que significa que menos combustível é necessário para produzir uma determinada quantidade de energia. Uma sobretaxa nas contas de energia e água está vinculada ao preço que a Dewa paga pelo combustível que usa nas usinas. A eficiência das usinas é de 82%, enquanto na Europa a eficiência é de apenas 45%.
A capacidade da planta é de 2.060 Mega Watts e 140 milhões de galões de água por dia. Ela tem seis turbinas a gás que geram energia e gases de exaustão quentes são alimentados por caldeiras que aquecem a água do mar para produzir vapor. O vapor é usado para acionar turbinas a vapor, produzindo mais energia, ou alimentado por oito unidades de dessalinização para produzir água potável. O design flexível da planta significa que a quantidade usada para cada propósito pode ser ajustada para atender às suas demandas. As unidades de dessalinização são as maiores individuais de seu tipo no mundo. Usando o calor residual para produzir água ou energia. Tecnologias avançadas reduziram as emissões de gases de efeito estufa e geraram energia e água com uma pegada de carbono mínima. A planta foi inaugurada pelo xeque Hamdan bin Rashid, vice-governante de Dubai, ministro das Finanças e presidente da Dewa.
A estação M custou US$ 2,72 bilhões. Ela consiste em seis turbinas a gás de 234 megawatts e oito unidades de dessalinização instantânea de múltiplos estágios, cada uma produzindo 80.000 m3 de água por dia. As turbinas a gás são capazes de queimar diesel, se as principais linhas de gás natural falharem, há diesel suficiente armazenado na usina para continuar funcionando por dez dias. A usina de dessalinização contratada foi a FISIA da Itália
O objetivo da estação M é aumentar a capacidade de produção de eletricidade e água para atender ao crescimento econômico. Enormes tubulações atraem até um bilhão de galões de água do Golfo Pérsico por dia. Tubulações que alimentam as outras estações Jebel Ali se estendem por um quilômetro em direção ao mar, mas as da estação M ficam logo na costa. Esta é uma precaução para evitar que as operações sejam afetadas por vazamentos de petroleiros no Golfo Pérsico. No caso de vazamento, barreiras seriam colocadas ao redor das entradas para protegê-las do óleo flutuante e permitir que a estação M continuasse a operar, enquanto outras plantas teriam que ser desligadas. (Estação Jebel Ali M oficialmente inaugurada, 2013; Dubai Water and Electricity Authority).
Comparação com outros métodos de dessalinização
Flash multiestágio (MSF)
A Usina Jebel Ali usa a tecnologia de dessalinização Multi-Stage Flash (MSF). É a tecnologia de dessalinização térmica mais amplamente usada. Ela é responsável por 90% de toda a produção de dessalinização térmica. É também a mais robusta de todas as tecnologias de dessalinização e é capaz de processar água a uma taxa muito alta com pouca manutenção. É capaz de produzir grandes rendimentos de água dessalinizada. Ela opera usando de quatro a quarenta câmaras, ou estágios, cada um com temperatura e pressão sucessivamente mais baixas, para vaporizar rapidamente a água, que é condensada posteriormente para formar água doce. Ela opera em temperaturas máximas de salmoura de 90-120 graus Celsius. Os custos de capital e energia são os mais altos de todas as tecnologias de dessalinização. Ela também requer maior área de terra e materiais, fazendo com que também tenha a maior pegada (Thye, 2010).
A paralisação forçada de plantas maiores, mesmo por períodos curtos, cria sérios problemas devido à capacidade limitada de armazenamento de água dessalinizada. O sistema MSF é preferido devido à sua alta disponibilidade. O MSF é conhecido pelo alto consumo de energia em comparação a outros sistemas, mais unidades MSF ainda são encomendadas e contratadas no Oriente Médio, especialmente para unidades de grande capacidade (Darwish, 2002).
Osmose Reversa (RO)
Outro tipo de tecnologia de dessalinização é a osmose reversa (RO). RO é uma tecnologia de dessalinização por membrana. Globalmente, é a tecnologia de dessalinização mais usada. Esta é a tecnologia de membrana mais dominante em 88% de toda a dessalinização por membrana. Durante a RO, a água salgada é bombeada com alta pressão através de membranas semipermeáveis feitas de materiais sintéticos que permitem apenas a passagem de água, deixando sais e contaminantes para trás em uma salmoura. É composta por quatro subsistemas: pré-tratamento, bomba de alta pressão, módulos de membrana e pós-tratamento. Existem dois tipos diferentes de membranas que podem ser usadas, espiral ou fibra oca. A RO está disponível em uma ampla gama de capacidades, a maior planta atualmente tem uma capacidade de 320.000 m3/dia. A RO tem um baixo custo de capital, mas custos de manutenção significativos devido ao alto custo de substituição da membrana. A expectativa de vida da membrana pode ser de apenas cinco a sete anos. A maior parte da energia é necessária para acionar o sistema de bomba de água de alimentação de alta pressão. Os sistemas de RO são vulneráveis a mudanças na qualidade da água de alimentação. Há também um problema de falhas mecânicas devido à operação de alta pressão (Darwish, 2002).
A osmose reversa (RO) é a principal concorrente dos sistemas MSF. Ela tem reduções em custos e intensidade energética e é confiável. A RO se tornou mais atraente por melhorias contínuas em materiais de membrana. As principais vantagens da RO sobre a MSF são: consome menos energia, não há necessidade de combinar usinas de energia ou interferir em sua operação, tem operação simples de ligar e desligar, entregue em módulos, não há necessidade de desligar toda a planta para manutenção de emergência ou de rotina (Darwish, 2002).
Destilação de múltiplos efeitos (MED)
Multiple-Effect Distillation (MED) is a thermal desalination technology like MSF. It uses vapors produced by eight to sixteen chambers subsequently condenses into distillate in the following chamber group by reducing ambient pressure. Maximum temperature of 70 degrees Celsius. This technology was actually developed by the chemical industry. Units are generally built at capacities of 600 to 30,000 m3/day. Similar to the MSF, the MED technology has significant energy costs (Thye, 2010).
Comparison
In order to compare the three desalination technologies, the cost, energy consumption, and renewable energy potential was looked at. As the following two charts show, the distribution of technologies globally and within the UAE are different. Globally, RO is used primarily, while in the UAE, the MSF technology is used most often.
Looking at another comparison shows a similar result (Thye, 2010). The cost of RO is between $0.92-3.56 per m3, MED is between $0.90-3.06, and MSF is between $1.36-4.30. The MSF is the most expensive total cost without investment and investment costs allow are larger than the other two.
Energy is also a factor when deciding which technology is best. Energy uses a significant of thermal and/or electrical energy. For one cubic meter of water, 55-220 kWh of thermal energy and 4-6 kWh of electrical energy is needed in a MSF plant. MSF Plants operates at an average of 112 degrees Celsius. MED operates at lower temps of <70 degrees Celsius. One cubic meter of water takes about 40-220 kWh of thermal energy and 1.5-2.5 kWh of electrical energy. RO does not need thermal energy and just uses electricity of about 2.8-12 kWh. It also operates at lower temperature of under 40 degrees Celsius (Lattemann, 2008).
Renewable energy is becoming more and more prominent in the world’s energy. Looking for technologies that work with renewable energy is important because our fossil fuels are in limited supply. Many countries do not want to rely on foreign oil to supply their country with energy. One researcher looked into the potential for renewable energy use in desalination technologies. RO has the most potential for renewable energy source. It can work with both wind and solar energy. MSF and MED technologies need thermal energy and solar thermal energy is the only way to get the heat needed from a renewable energy source.
Conclusions
After comparing the costs, energy use, and renewable energy potential, the most sustainable option would be to use reverse osmosis desalination technology rather than the multi-stage flash technology. Also, it is noticed that MSF technology dominates the UAE, which is most likely because of their source of energy is from domestic fossil fuels. Unlike many countries who are trying to not be dependent on foreign fuels, the UAE continues to use fossil fuel technologies because it has its own large stock. This is probably why they continue to use MSF technologies in addition to its large production capacity.
A opção mais sustentável seria conservar água em vez de dessalinizar novas fontes. Isso seria o melhor, econômica e ambientalmente.
Referências
Darwish, MA, Al Asfour, F., Al-Najem, N. “Consumo de energia em trabalho equivalente por diferentes métodos de dessalinização: estudo de caso para o Kuwait.” Dessalinização 152 (2002): 83-92.
Dubai Water and Electricity Authority (DEWA). “Eletricidade. Capacidade instalada de usinas de energia e dessalinização para o ano de 2012.” Governo de Dubai. http://www.dewa.gov.ae/aboutus/electStats2012.aspx
“A estação Jebel Ali M foi inaugurada oficialmente em Dubai.” Dessalinização e reuso de água. (9 de abril de 2013). http://www.desalination.biz/news/news_story.asp?id=7018&title=Jebel+Ali+M+Station+officially+opened+in+Dubai
Khawaji, Akili, Kutubkhanah, Ibrahim, Wie, Jong-Mihn. “Avanços nas tecnologias de dessalinização da água do mar.” Dessalinização 221 (2008) 47-69.
Lapuente, Enrique. “Custo total na dessalinização. Um estudo de caso da Bacia do Rio Segura.” Desalination 300 (2012): 40-45
Lattemann, Sabine e Thomas Höpner. "Impacto ambiental e avaliação de impacto da dessalinização da água do mar." Dessalinização 220.1 (2008): 1-15.
Mezher, Toufic, Fath, Hassan, Abbas, Zeina, Khaled, Arslan. “Avaliação tecnoeconômica e impactos ambientais de tecnologias de dessalinização.” Desalination 266 (2011): 263-273.
Pacione, Michael. "Dubai." Cidades 22.3 (2005): 255-265.
Schiffler, Manuel. “Perspectivas e desafios para a dessalinização no século XXI.” Desalination 165 (2004): 1-9.
Simpson, Colin. “A maior usina de energia e dessalinização dos Emirados Árabes Unidos abre em Jebel Ali.” The National. (9 de abril de 2013). http://www.thenational.ae/news/uae-news/uae-s-largest-power-and-desalination-plant-opens-at-jebel-ali
Thye, John. “Dessalinização: Pode ser livre de gases de efeito estufa e ter custo competitivo?” Yale School of Forestry and Environmental Studies. 9 de maio de 2010.
