Дорожная карта развития мембранных технологий опреснения воды в контексте водно-энергетического взаимосвязи на 2024 год

Вода и энергия являются двумя стратегическими факторами устойчивого развития, тесно взаимосвязанными и жизненно важными для безопасного будущего человечества. Поскольку водные ресурсы ограничены, тогда как численность населения мира и спрос на энергию экспоненциально растут, конкурентный баланс между этими ресурсами, известный как водно-энергетическая взаимосвязь, вновь привлекает повышенное внимание. Индустрия опреснения снижает дефицит воды за счет получения пресной воды из солесодержащих источников, таких как морская, солоноватая и подземная вода. На протяжении последнего десятилетия на рынке доминируют мембранные технологии опреснения, обладающие существенными преимуществами по сравнению с термическими процессами: меньшим энергопотреблением, простым управлением и масштабированием процессов, модульностью для гибкого регулирования производительности, а также возможностью синергетической интеграции различных мембранных операций. Хотя обратный осмос морской воды (SWRO) обеспечивает более 70% мировой мощности опреснения, эта технология ограничена рядом существенных технологических недостатков, включая (i) относительно низкий коэффициент извлечения воды — около 50% — вследствие негативного влияния осмотических и поляризационных явлений; и (ii) энергопотребление в диапазоне 3–5 кВт·ч м−3, которое по-прежнему значительно превышает теоретическую энергетическую потребность 1,1 кВт·ч м−3 для получения питьевой воды из морской воды при коэффициенте извлечения воды 50%. В конечном счете опреснение является энергоемким процессом, поэтому исследовательские усилия направлены на разработку альтернативных и более энергоэффективных подходов к увеличению запасов пресной воды без чрезмерной нагрузки на ограниченные энергетические ресурсы. В последние годы значительно возрос интерес к мембранной дистилляции (MD) — термически управляемой мембранной технологии опреснения, способной дополнять SWRO в рамках концепций интенсификации процессов и нулевого сброса жидких отходов. Благодаря особому механизму переноса и пренебрежимо малому влиянию осмотических явлений MD позволяет получать дистиллят высокого качества (теоретически, нелетуч...