Ontzilting van zeewater met behulp van kernenergie

Ontzilting van zeewater met behulp van kernenergie: een oplossing voor waterschaarste?

{Download pdf versie hier}

Eén van de voordelen die wordt toegeschreven aan kerncentrales, is dat ze kunnen helpen om zoet water te maken van zeewater (‘desalineren’). Hoe zit dat precies, en gaat dit Nederland helpen om de schaarste aan zoet water op te lossen?

Deze zomer ervaarde Europa wellicht de ergste droogte in 500 jaar[1]. Nederland verkeert in een ongewone situatie. Normaal gezien hebben we water te veel. Aangezien we steeds vaker warmere zomers gaan krijgen is het ook aannemelijk dat de druk op onze watersysteem groter wordt. Maar we hebben een grote waterbron naast ons: de zee. De aarde bestaat immers uit circa 70% zeewater. We moeten dus iets specifieker zijn: we hebben een tekort aan zoet water. Dus als we zeewater omzetten naar zoet water door het te ontzilten, ofwel door het zout er uit te halen, dan zou het zoetwater tekort opgelost zijn.
Echter is ontzilting meestal duurder dan waterzuivering of dan het verbeteren van het water management. Daarnaast kan het afval product, pekel, ook voor lokale milieubelasting zorgen. Wanneer en waar is ontzilting dus nuttig?

Is het beheer van het water niet een planmatig probleem?
Voordat we aan ontzilten denken, moeten we eerst kijken of we met beter beheer van ons huidige zoet water, de vraag en het aanbod tekort kunnen oplossen. Nederland is vrij uniek in het feit dat wij ons grondwaterpeil ‘kiezen’. De landbouwsector wil graag een lager waterpeil, zodat ze met zware machines, in het regenachtige voorjaar, het land kunnen bewerken.  Om het waterpeil laag te houden wordt het water weggepompt en afgevoerd naar rivieren en de zee. Hierdoor hebben we minder grondwater reserves voor periodes van droogte. Een laag waterpeil kan leiden tot verzakkingen van wegen en huizen. Aqua-ecologen pleiten voor een andere visie voor ons landschap, met minder verkaveling in steden, en minder greppels en sloten die het water afvoeren. Maar het aanpassen van onze landschap aan het veranderende klimaat en wensen zal tijd kosten.

Het watertekort in Nederland is dus grotendeels een politiek en planmatig probleem. Er zal op jaarbasis genoeg water zijn voor onze vraag, alleen niet altijd op de momenten dat we het willen. In het voorjaar zullen we meer overstromingen zien, en in de zomer meer droogte. Een eenvoudige, maar niet afdoende, oplossing is om waterbergingen te bouwen om regenwater te bufferen in het voorjaar en dit in de zomer te gebruiken. Met watermanagement valt er in Nederland nog veel te winnen en is er dus nauwelijks echt behoefte aan ontzilting. Maar wat als het water management niet verbetert?

Waar is ontzilting wel een interessante optie?
In Zeeland is er wel interesse naar ontzilting. In dit overgangsgebied tussen zee en zoet water, dringt het zee water soms het grondwater in en ontstaat er brak water.[2] In Europa wordt ontzilting voornamelijk gedaan in mediterrane landen. De meeste ontziltingsinstallaties zitten in landen met een groot watertekort en lage energie prijzen (o.a. het Midden-Oosten en Noord Afrika).

De verschillende technieken van ontzilting.
Er zijn veel verschillende soorten ontzilting maar grofweg zijn deze in te delen in twee categorieën: thermisch en osmosis. Beide soorten hebben hun voor- en nadelen. Bij thermische ontzilting wordt het zout water verwarmd tot het verdampt, waarna de zoetwater condens wordt opgevangen. Een nadeel van thermische ontzilting is dat het veel meer energie verbruikt. De bouwmaterialen van thermische centrales zijn duurder, en er worden meer chemicaliën toegevoegd om corrosie tegen te gaan tijdens bedrijf.[3]
In combinatie met het hogere energiegebruik zorgt dit ervoor dat water uit thermische ontzilting over het algemeen duurder is dan water uit osmose. Maar afhankelijk van het zoutgehalte van het invoer water, of de eisen wat betreft zuiverheid van het zoet water, kan thermische ontzilting een beter geschikte keuze zijn. Want het grote voordeel is dat het water veel zuiverder is als bij osmosis.
Bij osmose wordt het zout water door een membraan geperst. Bij osmosis technieken is er alleen een relatief kleine hoeveelheid elektrische energie nodig om het water te pompen. Maar de kwaliteit van het water is lager, wat voor bepaalde soorten landbouw prima is. Bij osmose moet het water ook van te voren gefilterd worden en is er meer onderhoud nodig. Osmose is de geschikte keuze wanneer brak water wordt gebruikt, die al een relatief laag zoutgehalte heeft. Dit kan dus makkelijker gezuiverd worden dan zeewater, waardoor je alsnog kwalitatief zoet water krijgt. Ongeveer 65% van alle installaties wereldwijd gebruikt osmose en 27% is thermisch. Tegenwoordig worden voornamelijk osmose installaties gebouwd omdat membraan technologieën de afgelopen decennia flink goedkoper zijn geworden.

Is kernenergie een goede oplossing voor ontzilting? Of eerder zonne energie? Data Bronnen: Ghaffour et al., Global water Intelligence
Voor ontzilten bestaan dus verschillende oplossingen, maar voor deze technieken is veel energie nodig. Ontzilting met kernenergie wordt ook soms geopperd[4] als oplossing voor wereldwijde water tekorten. Omdat je de restwarmte van deze schone energie bron kan gebruiken om grote hoeveelheden zuiver water te verkrijgen. Maar ontzilting met zonne-energie is ook een interessante optie, gezien de hoge waterzuiverheid niet altijd noodzakelijk.
Tot nu toe draaien de meeste ontziltingsinstallaties nog op fossiele energie. Een aantal studies schatten in dat de combinatie osmose en zonne-energie op dit moment de goedkoopste optie is[5]. Bij thermische ontzilting is kernenergie de goedkoopste optie omdat kernenergie voldoende warmte kan leveren en aanzienlijk lagere brandstofkosten heeft dan fossiel.[6] Er kunnen ook overwegingen zijn om alsnog voor kernenergie in combinatie met osmose te kiezen. Bij voorbeeld als er behoefte is aan continue ontzilting. Het is echter niet zo waarschijnlijk dat de variërende stroomproductie van zonne-energie als doorslaggevend nadeel wordt gezien. In tegenstelling tot stroom, is het geproduceerde water heel makkelijk en goedkoop om op te slaan. In sommige gebieden valt droogte vaak samen met periodes van veel zonneschijn. In Nederland levert zonne-energie vooral in de zomer overtollige stroom. Daarmee is het een interessante manier om het eerder  genoemde dilemma van  toekomstige zomerse watertekorten te verlichten.                                                                                                                                                                           Data Bronnen: Ghaffour et al.,                                                                                                                                                                                                Global water Intelligence
Een andere situatie waarbij kernenergie voordelig kan uitpakken is als de financieringskosten van de bouw van de centrale en ontziltingscentrale heel laag zijn (<3%)[7]. Dan kan stroom uit kernenergie concurreren met zonne-energie. Als laatste hebben thermische ontziltingsinstallaties meestal een grotere waterproductie capaciteit. Dit kan ook een overweging zijn om de combinatie thermische ontzilting en kernenergie te kiezen.

Voorbeelden
In het verleden zijn er positieve ervaringen geweest met ontzilting met kernenergie in Kazakhstan, Rusland, Japan en India.[8] De capaciteit van deze projecten lag meestal tussen 1.000 en 15.000 m3 per dag. De installaties werden vaak niet continu het hele jaar lang in gebruik genomen en het water was meestal voor eigen gebruik of voor nabij gelegen dorpen.[9] De  BN-350 kweekreactor in Kazachstan leverde tussen 1973 en 1999, 135 MW stroom en 80.000 m3 drinkwater per dag. Hiermee is het de grootste nucleaire ontziltingsinstallatie tot nu toe. In Egypte is de bouw van een nieuwe 4.8 GW kerncentrale begonnen bij El-Dabaa[10]. In 2015 waren er plannen om er een ontziltingsinstallatie van 170.000 m3 er aan te koppelen.[11] Egypte is grotendeels afhankelijk van zoetwater van de Nijl, die naast Egypte ook Sudan en Ethiopië hiervan moet voorzien. Hierdoor is het aanbod van zoet water in Egypte beperkt en staat onder druk van een groeiende bevolking. Grootschalige ontzilting kan daar een substantieel alternatief bieden.[12]

De conclusie
Voor nu is in Nederland ontzilting met kernenergie nog niet erg interessant, maar in gebieden met chronische droogte kan het wel baten. De afwegingen voor ontzilting zijn uiteraard dus erg locatie afhankelijk. Beter watermanagement en beleid is meestal een goedkoper en eenvoudiger alternatief. Het ontwerp van het systeem moet rekening houden met een paar factoren zoals het zout gehalte van invoerwater, de eisen aan de waterzuiverheid, afvoeren van het pekel en de energieprijzen.

Als er een behoefte is aan hele hoge  waterkwaliteit en continue grootschalige productie van zoet water, dan is kernenergie een competitief alternatief. Maar gezien water goed bewaard kan worden, en in sommige regio’s kunnen periodes van watertekort en veel zon stevig overlappen, is ontzilting met zonne-energie ook een sterk alternatief.
De Kudankalam kerncentrale in India voorziet de nabij gelegen dorp van zoetwater.


Onze vervolg artikelen hebben als thema;

  • Waar komen de nieuwe kerncentrales in Nederland te staan?
  • Wat kan je met een kernreactor, behalve elektriciteit maken?
  • Wanneer staat er een nieuwe kerncentrale in Nederland?

Heeft u interesse in onze artikelen? Volg ons op LinkedIn.

 

[1] https://www.euronews.com/2022/08/24/europe-weather-drought
[2] https://www.zeeland.nl/sites/default/files/digitaalarchief/ZEE2100144.pdf
[3]Ghaffour, N., Missimer, T. M., & Amy, G. L. (2013). Technical review and evaluation of the economics of water desalination: Current and future challenges for better water supply sustainability. Desalination, 309, 197–207. doi:10.1016/j.desal.2012.10.015
[4]https://www.forbes.com/sites/jamesconca/2019/07/14/megadroughts-and-desalination-another-pressing-need-for-nuclear-power/?sh=785d10527fde
[5]https://www.aub.edu.lb/ifi/Documents/publications/policy_briefs/2016-2017/20170215_solar_nuclear.pdf
[6] Joachim M. Schmidt, Veera Gnaneswar Gude, Nuclear cogeneration for cleaner desalination and power generation – A feasibility study, Cleaner Engineering and Technology, (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666790821000045)
[7] https://www.iea.org/reports/projected-costs-of-generating-electricity-2020
[8]https://world-nuclear.org/information-library/non-power-nuclear-applications/industry/nuclear-desalination.aspx
[9]https://www.researchgate.net/publication/264441907_Present_and_future_activities_of_nuclear_desalination_in_Japan
[10]https://constructionreviewonline.com/biggest-projects/el-dabaa-nuclear-power-plant-npp-project-updates/
[11] ttps://www.nucnet.org/news/russia-and-egypt-sign-agreement-to-develop-nuclear-desalination-plant
[12] Mohamed M. Megahed, Feasibility of nuclear power and desalination on El-Dabaa site, Desalination, Volume 246, Issues 1–3, 2009, https://doi.org/10.1016/j.desal.2008.03.054