Είναι εφικτή η χρήση της ηλιακής ενέργειας για την αφαλάτωση θαλάσσιου νερού στην Κρήτη;

Το νερό και η ενέργεια αποτελούν πολύτιμους πόρους οι οποίοι είναι απαραίτητοι για την ευημερία των σύγχρονων κοινωνιών. Η Κρήτη διαθέτει άφθονη ηλιακή ενέργεια, περιβάλλεται από θάλασσα ενώ οι υδάτινοι πόροι της είναι οριακοί με το τρόπο που τους διαχειριζόμαστε σήμερα. 

Η χρήση υδάτινων πόρων στη Κρήτη

Αν και το ύψος των ετήσιων βροχοπτώσεων στη Κρήτη κρίνεται ικανοποιητικό σε σχέση με άλλες περιοχές της χώρας η κάλυψη των αναγκών της σε υδάτινους πόρους είναι σήμερα οριακή. Τα καρστικά πετρώματα σε πολλές περιοχές του νησιού συμβάλλουν στη τροφοδοσία των υπόγειων υδροφορέων με καλής ποιότητας νερό. Η γεωργία αποτελεί σήμερα το κύριο καταναλωτή υδάτινων πόρων στη Κρήτη συμμετέχοντας κατά 80% περίπου στη συνολική κατανάλωση τους. Σημαντικές ποσότητες νερού χρησιμοποιούνται επίσης σε αστικές χρήσεις συμπεριλαμβανομένου και του τουριστικού τομέα δεδομένου ότι πάνω από 6 εκατ. τουρίστες επισκέπτονται το νησί κάθε χρόνο. Η κάλυψη των υδάτινων αναγκών της Κρήτης γίνεται κατά κύριο λόγο με την αξιοποίηση των υπόγειων υδροφορέων αλλά και των φραγμάτων που έχουν ήδη δημιουργηθεί (φράγμα Ποταμών, φράγμα Αποσελέμη κ.α.). Αν και το νησί σαν σύνολο έχει ικανοποιητικό ύψος ετήσιων βροχοπτώσεων αυτές είναι άνισα κατανεμημένες με τη δυτική Κρήτη να δέχεται αρκετές βροχοπτώσεις ενώ η ανατολική πλευρά του νησιού λιγοστές. Σύμφωνα με υπάρχουσες μελέτες στη γεωργία δαπανάται το 78.3 % της κατανάλωσης των υδάτινων πόρων της Κρήτης, σε αστικές χρήσεις το 20.9% και σε άλλους τομείς το υπόλοιπο 0.8%. 

Η επάρκεια υδάτινων πόρων στο μέλλον στη Κρήτη

Η επάρκεια των υδάτινων πόρων σε μία περιοχή εξαρτάται από τη προσφορά και τη ζήτηση τους. Όπως προαναφέρθηκε η κάλυψη των αναγκών της Κρήτης επιτυγχάνεται σήμερα με τη χρήση νερών από υδάτινους ταμιευτήρες και άντλησης τους από υπόγειους υδροφορείς. Σύμφωνα με τις υπάρχουσες εκτιμήσεις η περιοχή της Κρήτης (και της ανατολικής Μεσογείου) αναμένεται να έχει μειωμένες βροχοπτώσεις στο μέλλον λόγω κλιματικής κρίσης. Συνεπώς για τη βελτίωση της επάρκειας τους θα πρέπει αφ’ ενός να αυξηθεί η προσφορά τους και αφ’ ετέρου να μειωθεί η ζήτηση τους. 

Η αύξηση της προσφοράς υδάτινων πόρων στη Κρήτη θα μπορούσε να προέλθει από:

Α)  Δημιουργία νέων ταμιευτήρων νερού για την αποθήκευση του κατά τους χειμερινούς μήνες και χρήση του τους θερινούς,

Β) Επαναχρησιμοποίηση των επεξεργασμένων αστικών λυμάτων για άρδευση γεωργικών εκτάσεων,

Γ) Δημιουργία εγκαταστάσεων αφαλάτωσης θαλάσσιου νερού,

Δ) Μείωση των μεγάλων απωλειών νερού στα παλαιωμένα δίκτυα ύδρευσης, και

Ε) Αποφυγή της υπεράντλησης υδάτινων πόρων από υπόγειους υδροφορείς που βρίσκονται πλησίον των ακτών γιατί όταν η στάθμη τους κατέλθει κάτω από τη στάθμη της θάλασσας σταδιακά αυτοί εμπλουτίζονται με θαλασσινό νερό και δεν είναι πλέον χρήσιμοι για αστική χρήση ή για άρδευση. 

Η μείωση της ζήτησης υδάτινων πόρων στο μέλλον στη Κρήτη θα μπορούσε να προέλθει από:

Α) Εξοικονόμηση υδάτινων πόρων στη γεωργία (όπου η χρήση του νερού για άρδευση γίνεται με παλιές μη αποδοτικές και σπάταλες τεχνικές), στο τουρισμό και σε αστικές χρήσεις, και

Β) Στη καλλιέργεια φυτών και δένδρων με χαμηλές απαιτήσεις νερού για άρδευση.

Χωρίς τις αναγκαίες αλλαγές του σημερινού μοντέλου διαχείρισης των υδάτινων πόρων στη Κρήτη είναι πιθανόν η προσφορά τους να μειωθεί στο μέλλον ενώ η ζήτηση τους να αυξηθεί.

Οι τεχνολογίες αφαλάτωσης νερού

Η αφαλάτωση θαλάσσιων ή υφάλμυρων υδάτων περιλαμβάνει την απομάκρυνση των αλάτων (κυρίως χλωριούχου νατρίου) που περιέχουν και αποτελεί μία ικανοποιητική μέθοδο παραγωγής καλής ποιότητας πόσιμου νερού για αστική, γεωργική, βιομηχανική και τουριστική χρήση. Μεταξύ των τεχνολογιών αφαλάτωσης νερού περιλαμβάνονται  και οι εξής.

Α) Απόσταξη του θαλασσινού νερού

Η απόσταξη του νερού της θάλασσας περιλαμβάνει τη θέρμανση και την ατμοποίηση του. Στη συνέχεια οι υδρατμοί διοχετεύονται σε θαλάμους χαμηλής πίεσης όπου υγροποιούνται παρέχοντας νερό χωρίς άλατα. 

Β) Η ηλεκτροδιάλυση του νερού

Η ηλεκτροδιάλυση του νερού περιλαμβάνει τη χρήση ηλεκτρικά φορτισμένων μεμβρανών και ηλεκτροδίων για την απομάκρυνση των αλάτων από το νερό.

Γ) Η συμπήκνωση των υδρατμών με τη συμπίεση τους

Η τεχνολογία αυτή περιλαμβάνει τη χρήση μηχανικής ή θερμικής συμπίεσης των υδρατμών, προερχομένων από την εξάτμιση του νερού, για την υγροποίηση τους. Η εκλυόμενη θερμότητα κατά τη συμπίεση επαναχρησιμοποιείται για την εξάτμιση του νερού.

Δ) Η αντίστροφη όσμωση

Η αντίστροφη όσμωση είναι σήμερα η πιο διαδεδομένη τεχνολογία αφαλάτωσης νερού. Χρησιμοποιεί ημιπερατές μεμβράνες για να απομακρύνει τα άλατα και τις ακαθαρσίες από το νερό. Με την εφαρμογή υψηλών πιέσεων (περίπου 55-70 ατμοσφαιρών) τα μόρια του νερού (τα οποία είναι μικρά σε σχέση με τα μόρια του άλατος) διέρχονται από τους μικρούς πόρους των μεμβρανών διαχωριζόμενα από τα μόρια του άλατος.

Αφαλάτωση του νερού με αντίστροφη όσμωση

Η τεχνολογία της αντίστροφης όσμωσης απομακρύνει τα άλατα και τις ακαθαρσίες από το νερό σε ποσοστό άνω του 99% παράγοντας νερό πολύ καλής ποιότητας για αστική και γεωργική χρήση. Χρησιμοποιεί κυρίως ηλεκτρική ενέργεια και όχι θερμική που απαιτείται σε άλλες διεργασίες αφαλάτωσης. Η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας ανέρχεται σε 3-4 kWh ανά κυβικό μέτρο παραγόμενου αφαλατωμένου νερού. Σε ένα σύστημα αφαλάτωσης νερού γίνεται αρχικά μία προεπεξεργασία του για την απομάκρυνση των μεγάλων σωματιδίων και των μικροοργανισμών που θα μπορούσαν να φθείρουν τις ημιπερατές μεμβράνες. Ακολουθεί η διαδικασία της αντίστροφης όσμωσης ενώ η διεργασία ολοκληρώνεται με μία ακόμη επεξεργασία για τη σταθεροποίηση του αφαλατωμένου νερού. Τα κύρια μειονεκτήματα της αντίστροφης όσμωσης είναι:

Α) Η δυσκολία διάθεσης του παραγόμενου, μαζί με το αφαλατωμένο νερό, διαλύματος με μεγάλη συγκέντρωση αλάτων το οποίο μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα σε αποδέκτες όταν διατεθεί,

Β) Η συχνή φθορά των ημιπερατών μεμβρανών που χρησιμοποιούνται στην αντίστροφη όσμωση. Οι ακαθαρσίες, μικροοργανισμοί και τα άλατα που εμπεριέχονται στο νερό επιδρούν δυσμενώς στις ευαίσθητες μεμβράνες με αποτέλεσμα να μειώνεται η απόδοση τους. Γι αυτό είναι αναγκαίος ο συχνός καθαρισμός τους ή και η αντικατάσταση τους που επιβαρύνει το κόστος του παραγόμενου αφαλατωμένου νερού.  

Πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της τεχνολογίας αντίστροφης όσμωσης στην αφαλάτωση νερού

Η αφαλάτωση του θαλάσσιου νερού στη περιοχή της ανατολικής Μεσογείου

Η περιοχή της ανατολικής Μεσογείου αντιμετωπίζει ήδη πρόβλημα επάρκειας υδάτινων πόρων και η αφαλάτωση θαλάσσιου νερού αποτελεί μία λύση που διασφαλίζει τη παροχή ικανοποιητικής ποσότητας και ποιότητας νερού. Δύο χώρες της περιοχής αυτής που έχουν εγκαταστήσει αξιόλογες μονάδες αφαλάτωσης με αντίστροφη όσμωση είναι η Κύπρος και το Ισραήλ. 

Μία εγκατάσταση αφαλάτωσης στη Κύπρο βρίσκεται στη περιοχή του Βασιλικού στη νότια πλευρά του νησιού. Η μονάδα αυτή είναι δυναμικότητας 60.000 Μ³ ημερησίως, χρησιμοποιεί τη τεχνολογία της αντίστροφης όσμωσης και τροφοδοτεί με πόσιμο νερό τη Λευκωσία. Μία άλλη μονάδα αφαλάτωσης θαλάσσιου νερού στη Κύπρο βρίσκεται πλησίον του αεροδρομίου της Λάρνακας. Η μονάδα αυτή δυναμικότητας 60.000 Μ³ ημερησίως χρησιμοποιεί τη τεχνολογία της αντίστροφης όσμωσης και καλύπτει τις ανάγκες ύδρευσης και άρδευσης των ανατολικών περιοχών της Κύπρου.

Το Ισραήλ βασίζεται στη τεχνολογία της αφαλάτωσης θαλάσσιου νερού για τη κάλυψη των αναγκών του για ύδρευση και άρδευση. Το εργοστάσιο αφαλάτωσης νερού με αντίστροφη όσμωση Ashkelon δυναμικότητας 330.000 Μ³ νερού ημερησίως είναι ένα από τα μεγαλύτερα του είδους του παγκοσμίως και καλύπτει το 15% των αναγκών της χώρας σε νερό ύδρευσης και άρδευσης. Μία άλλη μεγάλη εγκατάσταση αφαλάτωσης νερού με αντίστροφη όσμωση στο Ισραήλ είναι η μονάδα Sorek με δυναμικότητα 624.000 Μ³ νερού ημερησίως. Η μονάδα αυτή βρίσκεται νότια του Τελ Αβίβ και καλύπτει σημαντικό μέρος των αναγκών της χώρας σε υδάτινους πόρους. 

Εκτός όμως από τις προαναφερθείσες χώρες της ανατολικής Μεσογείου χώρες σε άλλες περιοχές που αντιμετωπίζουν έλλειμμα υδάτινων πόρων χρησιμοποιούν τη τεχνολογία της αντίστροφης όσμωσης για την αφαλάτωση νερού και τη κάλυψη των αναγκών τους. 

Το εργοστάσιο αφαλάτωσης νερού Torrevieja  βρίσκεται στη περιοχή Alicante της νοτιοανατολικής Ισπανίας. Χρησιμοποιώντας αντίστροφη όσμωση και με δυναμικότητα αφαλάτωσης 240.000 Μ³ νερού ημερησίως συμβάλλει στη κάλυψη των αναγκών ύδρευσης και άρδευσης της ευρύτερης περιοχής. Το 80% περίπου του πόσιμου νερού της περιοχής αυτής προέρχεται από μονάδες αφαλάτωσης. 

Το εργοστάσιο αφαλάτωσης νερού Carlsbad βρίσκεται στη περιοχή του San Diego της Καλιφόρνιας των ΗΠΑ. Χρησιμοποιώντας τη τεχνολογία της αντίστροφης όσμωσης αφαλατώνει περίπου 190.000 Μ³ νερού ημερησίως καλύπτοντας τις ανάγκες περίπου 400.000 κατοίκων της περιοχής. 

Η χρήση της ηλιακής ενέργειας στην αφαλάτωση θαλάσσιου νερού με αντίστροφη όσμωση στη Κρήτη

Η αφθονία της ηλιακής ενέργειας στη Κρήτη σε συνδυασμό με τις σύγχρονες εξελίξεις στο τομέα της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας κάνουν ιδιαίτερα ελυστική οικονομικά τη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με φωτοβολταϊκά συστήματα. Μέχρι σήμερα με τους περιορισμούς που επέβαλε στην ανάπτυξη νέων φωτοβολταϊκών σταθμών η μη διασύνδεση του ηλεκτρικού δικτύου της Κρήτης η ισχύς των φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων στο νησί ανέρχεται σε περίπου 100 MW_p. Οι σταθμοί αυτοί παράγουν περίπου 150 GWh ετησίως ποσότητα σχετικά μικρή σε σχέση με την ετήσια κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας στη Κρήτη που ανέρχεται σε περίπου 3.000 GWh. Όμως η ηλεκτρική ενέργεια που απαιτείται στις εγκαταστάσεις αφαλάτωσης θαλάσσιου νερού με αντίστροφη όσμωση θα μπορούσε να παραχθεί με φωτοβολταϊκά συστήματα κάτι απολύτως εφικτό οικονομικά και τεχνικά σήμερα δεδομένης και της ολοκλήρωσης της ηλεκτρικής διασύνδεσης του νησιού με δύο υποθαλάσσια καλώδια και της αναμενόμενης άρσης των περιορισμών για την εγκατάσταση νέων φωτοβολταϊκών μονάδων στο νησί. 

Υπολογίζεται ότι για τη παραγωγή στη Κρήτη με αφαλάτωση και με αντίστροφη όσμωση πόσιμου νερού 25.52 εκατ κυβικών μέτρων ετησίως - το οποίο αντιστοιχεί στο 20% των σημερινών αναγκών του νερού για αστικές χρήσεις - θα απαιτηθεί η κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας 114.84 GWh ετησίως. Εφόσον η ενέργεια αυτή παραχθεί με φωτοβολταϊκά πλαίσια η ονομαστική τους ισχύς ανέρχεται σε 76.56 MW_p ενώ το κόστος εγκατάστασης τους εκτιμάται σε 84.22 εκατ. €. Η ισχύς αυτή των φωτοβολταϊκών πλαισίων αντιστοιχεί περίπου στα τρία τέταρτα της σημερινής εγκατεστημένης ισχύος των φωτοβολταϊκών συστημάτων στη Κρήτη.

Ο συνδυασμός της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας με την αφαλάτωση θαλάσσιου νερού με αντίστροφη όσμωση στη Κρήτη διασφαλίζει ότι:

Α) Η μεγάλη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που απαιτεί η αφαλάτωση του θαλάσσιου νερού με αντίστροφη όσμωση στη Κρήτη μπορεί να προέλθει με οικονομικό τρόπο από την ηλιακή ενέργεια που αφθονεί στο νησί και τη χρήση φωτοβολταϊκών συστημάτων. Εκτιμάται ότι όπως η τιμή των φωτοβολταικών πλαισίων μειώθηκε δραστικά τη τελευταία δεκαπενταετία (2010-2025) είναι πολύ πιθανόν σύντομα τεχνολογικές καινοτομίες να μειώσουν σημαντικά την απαιτούμενη ηλεκτρική ενέργεια για την αφαλάτωση νερού με αντίστροφη όσμωση με αποτέλεσμα η τιμή του αφαλατωμένου νερού να μειωθεί σημαντικά, 

Β) Η αφαλάτωση του θαλάσσιου νερού με αντίστροφη όσμωση – σε συνδυασμό και με τα άλλα μέτρα που προαναφέρθηκαν - μπορεί να διασφαλίσει τις απαιτούμενες ποσότητες υδάτινων πόρων που χρειάζεται η Κρήτη, και

Γ) Το κόστος των φωτοβολταϊκών συστημάτων που απαιτούνται για τη παροχή της απαιτούμενης ηλεκτρικής ενέργειας στη μονάδα αφαλάτωσης με αντίστροφη όσμωση δεν είναι απαγορευτικό ενώ η αδειοδότηση τους δεν αναμένεται να παρουσιάσει δυσκολίες μετά τη διασύνδεση του ηλεκτρικού δικτύου της Κρήτης.

Καθώς η Κρήτη διαθέτει σε αφθονία δύο ανανεώσιμους ενεργειακούς πόρους, την ηλιακή ενέργεια και το θαλάσσιο νερό, αυτοί θα μπορούσαν να συμβάλουν στην εξασφάλιση των απαραίτητων υδάνινων πόρων που χρειάζεται το νησί σήμερα και στο μέλλον. 

Άποψη της μονάδας αφαλάτωσης νερού SOREK με αντίστροφη όσμωση στο Ισραήλ.

Άποψη του εσωτερικού της εγκατάστασης αφαλάτωσης νερού με αντίστροφη όσμωση στη περιοχή  Βασιλικό της Κύπρου.

Άποψη του εργοστασίου αφαλάτωσης νερού με αντίστροφη όσμωση στη τουριστική περιοχή Alicante της νότιας Ισπανίας. 

Ο Γιάννης Βουρδουμπάς είναι Χημικός Μηχανικός ΕΜΠ, M.Sc., Ph.D.