基于建模技术的反渗透海水淡化与电解盐水集成CO2矿化系统的技术经济评估

为解决海水淡化系统能耗高、碳足迹大及浓盐水处理难题，研究人员开展了一项集成反渗透(RO)、电解盐水及CO2矿化的创新研究。通过建模分析发现，该系统在可再生能源容量因子(CF)超过35%的地区（如Dakhla和TDF）可实现负的平准化水成本(LCOW)，最高净收益达0.491 $/m3，同时实现CO2固定与化学品联产。该研究为低碳海水淡化提供了经济可行的技术路径。

　　

随着全球淡水需求激增，反渗透(RO)海水淡化技术已成为主流解决方案，但其高能耗、浓盐水排放及碳足迹问题始终如影随形。传统RO工艺的平准化水成本(LCOW)虽已降至0.14-2.46 $/m³，但每立方米淡水背后隐藏着3.5-4 kWh的能耗和数公斤CO₂排放。更棘手的是，全球每天产生1.42亿立方米的浓盐水，其中富含的Ca²⁺、Mg²⁺离子本可作为资源，却被直接排海造成生态威胁。这种"既要马儿跑，又要马儿不吃草"的困境，促使科学家们将目光投向技术集成——能否让浓盐水变废为宝，同时吃掉CO₂这个"灰犀牛"？

Mohammed VI Polytechnic University的研究团队在《Separation and Purification Technology》发表的研究给出了创新答案。他们构建了RO-电解盐水-CO₂矿化三位一体的系统模型，通过电解将浓盐水转化为NaOH、H₂、Cl₂等高值化学品，同时利用碱性环境促使CO₂与Ca²⁺/Mg²⁺形成CaCO₃和MgCO₃沉淀。研究采用系统顾问模型(SAM)集成光伏/风电模块，建立非线性财务模型量化不同回收率(RR)和容量因子(CF)下LCOW的动态变化，并引入碳税情景分析。

RO performances without electrolysis integration
基础测试显示，独立RO系统在60%回收率时达到最优LCOW(0.676 $/m³)，此时比能耗(SEC)为2.05 kWh/m³。当RR从20%提升至70%，因浓差极化(CP)效应加剧，溶液粘度上升导致能耗非线性增长，但单位水成本下降26.12%-24.28%。

Renewable energy integration
在风光互补场景下，Dakhla和TDF地区因CF>35%表现突出：电解副产物收入使LCOW转为负值(-0.413至-0.491 /m³)，相当于每产1立方米淡水净赚0.33美元。而Deniliquin和Yanbu因CF不足仍需承担0.36?1.166/m³成本。引入75%CF的电网补电后，Dakhla收入提升28.65%，印证了混合供能的必要性。

Plant data and assumptions
技术经济模型揭示关键杠杆：碳酸盐生产率每提升1kg/m³，LCOW降低0.12美元；而CO₂税超过70 $/tonCO_2-eq时系统吸引力骤降25%。值得注意的是，CaCO₃优先沉淀特性导致MgCO₃转化率受限，采用顺序矿化工艺可将其CO₂固定量从12%提升至57%。

这项研究的突破性在于首次量化了"水-能-碳-资源"四重耦合效应：通过电解将每立方米浓盐水转化为0.65kg CaCO₃、0.28kg MgCO₃和0.45kg NaOH，同时固定7.95kg CO₂，相当于RO工艺碳排放的2.3倍。尽管在低CF地区经济性仍受限，但研究提出的动态RR调控策略（20%-70%区间优化）和混合供能方案，为沿海工业区实现"蓝色经济"提供了可复制的技术模板。未来结合水泥工业废碱强化矿化速率，或将成为实现"负碳海水淡化"的关键路径。