中鋼公司綠能與系統整合研究發展處研究員 陳彥旻、葉茂淞
海水淡化將成為彈性調度的新興水資源
2020年臺灣創下56年來首度颱風季沒有颱風登陸的紀錄，該年成為52年來降雨最少的一年。且因2020年雨季降雨不足，致使隔年(2021年)臺中、苗栗在4月水情亮起紅燈，開始實施「供五停二」限水措施。此波旱情於2021年5月底～6月梅雨鋒面、西南氣流帶來明顯降雨而緩解。然而，從2019年8月到2023年6月，臺灣已近4年沒有颱風登陸，2022年高雄年雨量累積971毫米，是高雄氣象站史上第5低，2023年3月台南、高雄水情再度亮起橙燈。顯示未來臺灣可能會從「十年一大旱」變成每隔2至3年就發生乾旱。
臺灣四面環海，利用不受時空和氣候影響之海水淡化技術向大海要水，將成為彈性調度的新興水資源。經濟部水利署2021年因應緊急抗旱需求，在新竹南寮、臺中龍井地區建置「緊急海水淡化場」，每日可供水1.3萬、1.5萬噸。2023因應南部旱情，水利署啟動臺中緊急海淡機組移置高雄興達電廠。根據水利署規劃，大型海淡廠預將分為三個階段推動，第一階段優先推動新竹及台南每日產水量各10萬噸海水淡化廠工程計畫，預計總投入280億，將分別於2027、2028年啟動供水。第二階段為推動嘉義、北高雄可行性規劃以及台南(第二期)每日產水量各10萬噸海淡廠。第三階段則有桃園每日產水量10萬噸、南高雄每日產水量15萬噸海淡廠計畫，另亦進行台中廠址的評估。
(環境資訊中心，https://e-info.org.tw/node/236932)
降低海水淡化成本技術發展趨勢
受惠於近年逆滲透薄膜技術提升，已可大量生產降低成本，使逆滲透(SeaWater Reverse Osmosis, SWRO)成為海水淡化主流技術。在正常通水量下，SWRO須克服海水滲透壓24 kg/cm2及管閥壓損，通常須操作在50 kg/cm2以上之高壓，成為其耗電的主因。目前能源回收裝置已普遍商業化，產水成本中佔比高的耗電量，已可由8 kWh/噸大幅降至3~4 kWh/噸，也使得SWRO膜法為海淡技術中最具競爭優勢之技術。
海淡技術已發展近50年，核心脫鹽技術已相當成熟，然目前國內外中大型海淡廠之產水成本每噸水約30~40元，是自來水水價的3倍以上。如何降低海淡水的成本成為待突破之關鍵。筆者整理韓國SEAHERO、日本Mega-ton Water System等國外大型海淡研發計畫關鍵技術如表1，其中日本Mega-ton Water System計畫仍持續規畫相關示範場進行技術驗證。整合其降低成本之發展方向，可分為海水前處理、優化薄膜操作等兩大方向。其中，優化薄膜操作又可分為薄膜材料研發、系統操作整合、能源回收裝置開發以及建立減緩薄膜阻塞之技術。
表1 國外大型海淡研發計畫關鍵技術
鹵水資源化為當前發展新方向
近年來各國開始倡導環境之永續發展，使得從海水提取有價物質之議題逐漸受到重視。已知海水中富含大量化學元素及物質，除包含鈉、鎂、鈣、鉀離子等常見成分，更富含許多高價值稀有元素，這些高價值稀有元素於海水中濃度雖低，但其總量卻相當可觀。利用海水淡化技術可將海水分離成淡水及濃鹵水，而因濃鹵水中有價離子濃度較高，可降低回收有價離子之難度，同時可達降低鹵水鹽度之環境效益。目前已有部分研究著手於從海水淡化之濃鹵水中提取有價離子，藉由回收海淡濃鹵水中之有價離子獲取效益，提高海水淡化之經濟性。其中最著名的為歐盟2020~2024執行的「Sea4Value」專案，在結合海淡之循環供應模式下，建立先進濃縮、結晶、分離技術，從海淡鹵水萃取Mg、Sc、V、Ga、B、In、Li、Mo、Rb、Ca等多種經濟性元素。其核心技術可區分為前處理、濃縮、選擇性回收等三大方向，如表2所示。台灣因無大型薄膜製造廠商，於大型泵浦之開發亦落後於先進國家，或可從前處理技術、薄膜監診等系統整合優化，以至於尚有相當開發潛力之鹵水資源化等方向著手，厚植自主技術。
表2 歐盟Sea4Value核心關鍵技術
參考資料
- 經濟部水利署，https://www.wra.gov.tw/
- 環境資訊中心，https://e-info.org.tw/node/236932
- Water 2018, 10(1), 48; https://doi.org/10.3390/w10010048
- Membranes 2022, 12(2), 204; https://doi.org/10.3390/membranes12020204
- https://sea4value.eu/