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地熱淡水化とは、地熱エネルギーを利用して塩水を淡水に変換するプロセスを指します。このプロセスは経済的に効率的であると考えられており、全体的な環境への影響は不確実ですが、従来の淡水化方法と比較して環境に優しい可能性があります。 [ 1 ]地熱淡水化プラントはすでにさまざまな地域で成功しており、このプロセスをより多くの水不足地域で使用できるようにするためのさらなる開発の可能性があります。[ 2 ]
脱塩とは、海水からミネラルを除去して淡水に変換するプロセスです。脱塩は、プロセスの観点から、熱エネルギー駆動プロセスと機械エネルギー駆動プロセスの2つのカテゴリに分けられます。[ 3 ]地熱脱塩は、脱塩プロセスを駆動するための熱エネルギー源として地熱エネルギーを使用します。
地熱海水淡水化には、直接式と間接式の2種類があります。[ 1 ] [ 3 ]直接式地熱海水淡水化では、蒸発器で海水を沸騰させ、凝縮器に移します。[ 4 ]一方、間接式地熱海水淡水化では、地熱エネルギーを電気に変換し、それを膜式海水淡水化に利用します。[ 4 ]地熱エネルギーを間接的に利用する場合、海水淡水化プロセス用の電力を生成するだけでなく、余剰電力を消費者に供給することもできます。[ 5 ]同様に、地熱エネルギーを直接利用する場合、余剰地熱エネルギーを暖房や冷房プロセスに利用することもできます。[ 5 ]
地熱淡水化の用途の一つは、農業用の淡水生産である。[ 6 ]地熱エネルギーの農業利用の一例として、トルコのバルコバ・ナリデレ地熱地帯（BNGF）が挙げられる。[ 6 ]しかし、発電に利用される地熱水には、潜在的に有毒な元素であるヒ素とホウ素が含まれていることが判明している。[ 6 ]この地域で地熱淡水化プラントが建設されて以来、これらの有毒元素が淡水井戸を汚染し、農業用水として利用できなくなっている。[ 6 ]周辺環境の汚染が拡大しているため、このプロジェクトは成功とはみなされていない。[ 6 ]
地熱淡水化のもう 1 つの用途は、飲料水の生産です。ギリシャのミロス島プロジェクトがその例で、このプロジェクトは淡水化水の生産に完全に地熱エネルギーに依存しています。[ 3 ]このプラントは、ミロス島が火山地帯に位置しているため、この地域では地熱エネルギーが容易に入手可能であり、地熱エネルギーを使用して塩水の淡水化を行う実行可能な方法となっているため建設されました。[ 3 ]ミロス島のプラントは、直接淡水化と間接淡水化を組み合わせて使用しています。[ 3 ] BNGF プロジェクトとは異なり、これは地熱エネルギーのみを使用して低コストで環境を汚染することなく飲料水を生産したため、成功とみなされています。[ 3 ]
研究によると、地熱海水淡水化は、利用可能な淡水を増やすための比較的低コストな解決策であるため、水不足の地域で実施できる可能性がある。 [ 2 ]特に、豊富な地熱資源があり、水不足に悩まされている2つの地域は、カリフォルニアとサウジアラビアである。[ 2 ]これらの地域には既に海水淡水化プラントが存在するため、地熱海水淡水化プラントの導入は比較的容易である。[ 2 ]
さらに、地熱エネルギー生産技術の向上に伴い、より多くの地域で地熱淡水化が可能になるだろう。[ 2 ]現在開発中の技術では、エネルギー生産に利用される地熱水を淡水化に利用できるようになる。[ 2 ]これにより、海に近接していない地域でも地熱淡水化を実施できるようになり、地熱淡水化を実施できる地域の可能性が大幅に拡大するだろう。[ 2 ]
地熱海水淡水化プロセスにおける環境への影響の大部分は、淡水化プロセス自体ではなく、地熱エネルギーの使用に起因します。地熱海水淡水化には、環境上の利点と欠点の両方があります。[ 1 ]利点の1つは、地熱エネルギーが再生可能な資源であり、非再生可能なエネルギー源よりも温室効果ガスの排出量が少ないことです。環境に対するもう1つの利点は、地熱エネルギーは風力や太陽光エネルギーに比べて土地の占有面積が小さいことです。[ 7 ]より具体的には、地熱海水淡水化サイトに必要な土地の使用面積は、1メガワットのエネルギー生産につき1.2～2.7平方テラメートルと推定されています。[ 2 ]
環境上の欠点の1つは、地熱海水淡水化がエネルギー集約型のプロセスであることに起因します。エネルギー消費量は、淡水化プラントの1平方メートルあたり約4～27 kWhに及びます。[ 1 ]さらに、特に米国では地熱発電所からの二酸化炭素（CO2 ）排出に関する規制がないため、測定されていないこれらの発電所からの有害なCO2排出量が相当量あることを懸念する研究者もいます。[ 8 ]地熱発電は、水銀、ホウ素、ヒ素などの有毒元素を環境に漏出させることがわかっており、地熱海水淡水化プラントは周辺環境にとって潜在的な健康被害をもたらす可能性があります。しかし、最終的には、地熱発電海水淡水化プラントの長期的な環境への影響はまだ明らかになっていません。[ 8 ]
地熱エネルギーは昼夜のサイクルや気象条件に依存しないため、設備利用率が高く、設備利用率はプラントが最大出力で稼働している頻度の尺度となります。[ 7 ]これにより、安定した信頼性の高いエネルギー供給が実現します。[ 7 ]これはまた、地熱海水淡水化プラントが、1日のどの時間帯でも、どんな気象条件でも稼働できることを意味します。[ 7 ]容量の面では、米国、インドネシア、フィリピン、トルコ、ニュージーランド、メキシコが世界の地熱エネルギー容量の75%を占めています。[ 9 ]これらの国々は地熱エネルギー容量が大きいため、これらの国で地熱海水淡水化を行うことが最も経済的に実現可能でしょう。[ 9 ]
特に膜式海水淡水化においては、地熱エネルギーを使用することで、他のエネルギー源を使用する場合と比較してコストを削減できます。[ 2 ]これは、地熱発電は従来、化石燃料を含む他のエネルギー源と比較して競争力のあるコストで生産されているためです。2011年の研究では、コストは1kWhあたり0.10ドルと推定されています。[ 2 ]具体的には、米国エネルギー省は、地熱海水淡水化では、淡水1立方メートルあたり1.50ドルのコストで淡水を生産できると推定しています。[ 2 ]
地熱海水淡水化の正確な起源は不明ですが、初期の研究は、当時ベクテルグループの研究開発部門で働いていた科学者レオン・アワーブッフによるものとされており、彼は1972年に地熱エネルギーを水の淡水化に利用するプロセスを提案しました。 [ 10 ] [ 11 ] 1994年には、カルドール・マルセイユ社が地熱エネルギーを淡水化の動力源として利用するプロトタイプを建設しました。[ 12 ]このプロトタイプは、1日に数立方メートルの淡水を生成することができました。[ 12 ] 1995年には、チュニジアに地熱海水淡水化プロトタイププラントが建設されました。これは、記録に残る地熱海水淡水化プラントの最も初期の事例の1つです。その能力は1日あたり3立方メートルの水で、周辺コミュニティのニーズを満たすことができました。水のコストは1立方メートルあたり1.20ドルと推定されました。[ 13 ]