Οικονομική και περιβαλλοντική αξιολόγηση συστημάτων αφαλάτωσης νερού με χρήση ανανεώσιμων και μη πηγών ενέργειας: εναλλακτικές στρατηγικές στον ελληνικό νησιωτικό χώρο

Abstract

In the current thesis an environmental and economic evaluation has been carried out for different water desalination systems in order to find the best strategy for the Greek islands as the problem of water scarcity is serious today and is expected to become even worse in the near future.

Η διδακτορική αυτή διατριβή έχει ως στόχο να αξιολογήσει τόσο από οικονομικής όσο και περιβαλλοντικής απόψεως επιλεγμένα συστήματα αφαλάτωσης νερού στον ελληνικό νησιωτικό χώρο, ώστε να χαραχτεί η σωστή στρατηγική για το πρόβλημα της έλλειψης νερού που αντιμετωπίζεται σήμερα και το οποίο αναμένεται μελλοντικά να γίνει ακόμα πιο έντονο. Στα πλαίσια λοιπόν αυτής της διδακτορικής εργασίας αρχικά γίνεται μια αναφορά στις μεθόδους αφαλάτωσης που χρησιμοποιούνται σήμερα. Οι μέθοδοι χωρίζονται σε θερμικές, στις οποίες απαιτείται θερμότητα και παρατηρείται αλλαγή φάσης, και σε μεμβρανών, στις οποίες το φρέσκο νερό διαχωρίζεται από την άλμη με χρήση ειδικών μεμβρανών. Σήμερα, η κυρίαρχη μέθοδος σε όλον τον κόσμο, αλλά και στον ελληνικό νησιωτικό κόσμο είναι αυτή της αντίστροφης ώσμωσης. Λόγω του γεγονότος ότι για την αφαλάτωση του νερού είναι αναγκαία η χρήση ενέργειας, γίνεται αναφορά στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας που αποτελούν τον πιο φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο παραγωγής ενέργειας, και ερευνάται πώς αυτές συνδυάζονται με τις διαφορετικές μεθόδους αφαλάτωσης. Έπειτα αναλύεται το κόστος των μονάδων αφαλάτωσης για διαφορετικούς τρόπους παραγωγής της ενέργειας όταν αυτές εγκατασταθούν σε ένα ελληνικό νησί. Βρέθηκε πως η αφαλάτωση νερού είναι αρκετά φθηνότερη σε σχέση με τη μεταφορά νερού με πλοία που είναι ο σημερινός τρόπος επίλυσης του προβλήματος της έλλειψης νερού στα ελληνικά νησιά σήμερα. Στα πλαίσια αυτά έγινε και σχετική μελέτη, όπου περιγράφεται συνολικά η παρούσα κατάσταση στα ελληνικά νησιά, σχετικά με το πρόβλημα της έλλειψης νερού. Αναφέρονται όλες οι εγκατεστημένες μονάδες αφαλάτωσης και σαν μελέτη περίπτωσης χρησιμοποιείται το νησί της Μήλου για το οποίο υπολογίζεται το κόστος της εγκατάστασης μιας μονάδας αφαλάτωσης νερού. Αποδείχτηκε πως η αφαλάτωση είναι οικονομικά πιο συμφέρουσα από την μεταφορά νερού με υδροφόρες, έχοντας κόστος που μπορεί να είναι χαμηλότερο μέχρι και πέντε φορές. Στη συνέχεια κατέστη σαφές πως το κόστος της αφαλάτωσης έπρεπε να μελετηθεί όχι μόνο στον ελληνικό νησιωτικό χώρο, αλλά να διαπιστωθεί πού κυμαίνεται και στον υπόλοιπο κόσμο. Αφού λοιπόν μελετήθηκαν πολλές διαφορετικές περιπτώσεις εγκαταστάσεων, έγιναν οι απαραίτητες ομαδοποιήσεις ώστε να καθοριστούν τα όρια ανάμεσα στα οποία μπορεί να κινείται το κόστος της αφαλάτωσης. Οι ομαδοποιήσεις κρίθηκαν αναγκαίες καθώς μια μονάδα αφαλάτωσης έχει διαφορετικό κόστος ανάλογα με το μέγεθός της, τη μέθοδο αφαλάτωσης που μπορεί να χρησιμοποιείται, την αλατότητα του νερού τροφοδοσίας, το σημείο που είναι εγκατεστημένη και φυσικά όντας ενεργοβόρος μέθοδος, τον τρόπο παραγωγής της ενέργειας. Στο σημείο αυτό κατέστη εμφανές, πως αν και μέχρι τώρα το νερό χρησιμοποιείτο για την παραγωγή ενέργειας, κυρίως μέσω υδροηλεκτρικών σταθμών, τώρα πλέον είναι αναγκαία η ενέργεια για την παραγωγή νερού. Βρέθηκε από τη μελέτη των διαφορετικών περιπτώσεων πως το φθηνότερο αφαλατωμένο νερό προέρχεται από μονάδες με σχετικά μεγάλο μέγεθος, δυναμικότητας πάνω από 60.000 m³ φρέσκου νερού την ημέρα. Επίσης όσο χαμηλότερη είναι η περιεκτικότητα του νερού τροφοδοσίας σε ολικά διαλυτά στερεά, τόσο χαμηλότερο είναι και το κόστος του παραγόμενου νερού λόγω της χαμηλότερης απαιτούμενης ενέργειας. Τέλος διαπιστώθηκε πως όταν χρησιμοποιούνται συμβατικές μορφές ενέργειας, λόγω του χαμηλότερου κόστους παραγωγής τους και της μη διακοπτόμενης λειτουργίας των συστημάτων αφαλάτωσης είναι πολύ οικονομικότερες σε σχέση με τη χρήση ενέργειας προερχόμενης από ανανεώσιμες πηγές. Στο σημείο αυτό έγινε εμφανές πως αν και το κόστος της αφαλάτωσης είναι χαμηλότερο όταν χρησιμοποιούνται συμβατικές μορφές ενέργειας, θα έπρεπε να υπολογιστεί και η περιβαλλοντική επιβάρυνση που δημιουργεί μια μονάδα αφαλάτωσης που χρησιμοποιεί συμβατικές μορφές ενέργειας, σε σχέση με μια «καθαρότερη», όπως είναι η χρήση ανανεώσιμων πηγών. Για να υπολογιστεί η περιβαλλοντική επιβάρυνση, δημιουργήθηκε ένα μοντέλο το οποίο βασίστηκε στην μέθοδο της Εκτίμησης του Κύκλου Ζωής (Life Cycle Assessment) και με το οποίο υπολογίστηκε η περιβαλλοντική επίπτωση των συστημάτων αφαλάτωσης για δυο διαφορετικού μεγέθους μονάδες που θα μπορούσαν να εγκατασταθούν σε δυο νησιά του μεγέθους της Μήλου ή της Θηρασιάς και να ικανοποιήσουν τις ανάγκες του πληθυσμού σε πόσιμο νερό. Οι μονάδες αυτές θα μπορούσαν να χρησιμοποιούν τόσο ρεύμα από το δίκτυο, όσο και ενέργεια προερχόμενη από ανανεώσιμες μορφές, ήτοι στην περίπτωσή μας από ανεμογεννήτριες ή φωτοβολταϊκά. Βρέθηκε λοιπόν πως η μονάδα αφαλάτωσης που χρησιμοποιεί ενέργεια προερχόμενη από ανεμογεννήτρια έχει την χαμηλότερη περιβαλλοντική επιβάρυνση, ακολουθούμενη από εκείνη που χρησιμοποιεί φωτοβολταϊκά. Η επιβάρυνση από μια αμιγώς συμβατική μονάδα, είναι αρκετά υψηλότερη. Έχοντας μελετήσει τις διαφορετικές πτυχές της αφαλάτωσης νερού, τόσο από άποψη κόστους όσο και περιβάλλοντος, έγινε σαφές ότι ο συνδυασμός και των δύο για την επιλογή της καλύτερης λύσης για το πρόβλημα της έλλειψης νερού έχει ιδιαίτερο ενδιαφέρον και είναι αυτός που μπορεί να οδηγήσει στη χάραξη της σωστής στρατηγικής στο πρόβλημα της έλλειψης νερού στον ελληνικό νησιωτικό χώρο. Μια τέτοια ενσωμάτωση της περιβαλλοντικής διάστασης στα οικονομικά της αφαλάτωσης, δεν έχει αναφερθεί πουθενά στη βιβλιογραφία μέχρι σήμερα. Πέρα λοιπόν από την έρευνα, σχετιζόμενη τόσο με τα οικονομικά όσο και με τα περιβαλλοντικά θέματα που συνοδεύουν την εγκατάσταση μιας μονάδας αφαλάτωσης νερού, κρίθηκε απαραίτητη ουσιαστικά η δημιουργία μιας φόρμουλας που ενσωματώνει στην ίδια σχέση και τις δυο αυτές διαφορετικές παραμέτρους. Αποτιμήθηκε έτσι το περιβαλλοντικό κόστος και δόθηκε απάντηση στο πραγματικό ερώτημα, πόσο θα πρέπει να είναι το κόστος του CO₂ ώστε να μην χρησιμοποιούμε συμβατικές μορφές ενέργειας αλλά ανανεώσιμες για την αφαλάτωση νερού. Η μελέτη αυτή έδειξε πως η εγκατάσταση μονάδας αφαλάτωσης με χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και κυρίως ανεμογεννητριών, συνεκτιμώντας το περιβαλλοντικό κόστος είναι η καλύτερη λύση για την παραγωγή φρέσκου νερού στα ελληνικά νησιά.