Use of the Life Cycle Approach for the Evaluation of Industrial Water Management Alternatives

La combinaison de l'augmentation de la demande et de la compétition pour l'eau a entraîné la nécessité de mettre en place des réglementations plus restrictives pour l'utilisation de l'eau afin de prévenir la rareté. De nombreuses industries ont opté pour la réutilisation de l'eau comme solution viable. Cependant, les technologies utilisées pour la réutilisation de l'eau nécessitent souvent des quantités importantes d'énergie. Si les combustibles fossiles constituent la principale source d'énergie, le surplus d'électricité généré contribue à augmenter les émissions de CO2 équivalent. Le changement climatique, provoqué par les émissions de gaz à effet de serre, se manifeste par des événements tels que des inondations et des sécheresses. Ainsi, si le recyclage de l'eau vise à protéger cette ressource vitale, il est essentiel d'évaluer ses impacts environnementaux associés pour ne pas les déplacer, voire les accroître. Le choix d'une approche de gestion de l'eau doit concilier les exigences légales locales avec la performance environnementale pour garantir que l'une ne compromet pas l'autre. Une question fondamentale se pose donc : quels sont les impacts environnementaux associés aux options de gestion des eaux industrielles? Pour répondre à cette question, cette recherche mène une étude de cas, analysant différentes options de gestion de l'eau à partir d’une approche d'analyse du cycle de vie. Une centrale électrique à cycle combiné a été choisie pour représenter le secteur industriel en raison de sa simplicité et de son importance en matière d'utilisation de l'eau. Trois options de récupération d’eau ont été analysées et ensuite combinées avec différentes sources de qualité de l'eau et options de rejet. De plus, tous les scénarios ont été virtuellement réaffectés à un autre contexte de pénurie d’eau pour une analyse de sensibilité géographique plus complète. Les scénarios d'utilisation de l'eau ont été classés en fonction de la récupération. Pour zéro récupération, l’eau suit un flux de processus linéaire, représentant la configuration présente du scénario de base. La récupération partielle est obtenue par osmose inverse, tandis que la récupération totale, également connue sous le nom de Zero Liquid Discharge, utilise la distillation pour récupérer davantage l'eau provenant de l'osmose inverse.

Abstract

The rising demand for water, coupled with intense competition among water users, has led to the implementation of more stringent regulations on water usage to protect from high scarcity. Many industries are turning to water recycling as a viable solution. However, it's important to note that the technologies employed for water reuse often require substantial amounts of energy. In cases where fossil fuel combustion is the primary energy source, the surplus electricity generated contributes to increased CO2-equivalent emissions. Climate change, caused by greenhouse gas emissions, manifests in events like floods and droughts. Therefore, while recycling water has the objective of protecting this vital resource, it's essential to assess its associated environmental impacts to not displace or even increase them. The selection of a water-management approach must reconcile local legal requirements with environmental performance to ensure that one does not compromise the other. Therefore, a fundamental question arises: What are the environmental impacts associated with industrial water management options? To address this inquiry, this research conducts a case study, analyzing different water management options using a Life Cycle Analysis approach. A Combined Cycle Power Plant was chosen to represent the industrial sector due to its simplicity and significance in terms of water use. Initially, three distinct recovery practices were analyzed and subsequently combined with different water quality sources and release options. Furthermore, all scenarios were virtually reassigned to another water-scarce context for a more comprehensive geographical sensitivity analysis. The water use scenarios were categorized according to recovery. For zero-recovery scenario, water follows a linear process flow, representing the current base case configuration. Partial recovery is achieved through reverse osmosis, while total recovery, also known as Zero Liquid Discharge, utilizes thermo-distillation to further recover water from reverse osmosis.