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Techno-economic evaluation of maximizing minimum liquid discharge from seawater desalination for the fertilizer industry

Pawar, Nikhil Dilip und Morgante, Carmelo und Pregger, Thomas und Jochem, Patrick (2025) Techno-economic evaluation of maximizing minimum liquid discharge from seawater desalination for the fertilizer industry. Water Resources and Industry, 35 (100332). Elsevier. doi: 10.1016/j.wri.2025.100332. ISSN 2212-3717.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212371725000563?via%3Dihub

Kurzfassung

The Middle East and North Africa region faces critical water scarcity and food security challenges that threaten economic development. Fertilizer use supports food self-sufficiency, but its production is highly water intensive. Supplying desalinated water to a decarbonized fertilizer plant offers an environmentally sustainable pathway. This study investigates co-locating a decarbonized fertilizer plant with a seawater desalination facility, optionally implementing minimum liquid discharge (MLD) to generate additional revenue through recovery of magnesium hydroxide and sodium chloride (NaCl). Three configurations were modeled: a conventional seawater reverse osmosis (SWRO)-based plant; and two MLD configurations using high-pressure RO (HPRO), osmotically-assisted RO (OARO), and crystallizers. Financial performance was assessed using a novel discounted and allocated levelized cost (DALC) method, internal rate of return (IRR), and net present value (NPV). In a Moroccan case study, the conventional configuration achieved the lowest DALC and energy consumption (0.70 USD/m3water and 3.8 KWhel/m3), with an IRR of 23.9 %. The first MLD configuration had higher costs (0.94 USD/m3water, 12.0 KWhel/m3) and a lower IRR (14.5 %), with water recovery limited to 71.4 % due to nonuse of magnesium crystallizer effluent (60.4 % in the conventional setup). Reusing this effluent in the second MLD configuration increased water recovery to 96.7 %, yet higher impurities at the NaCl crystallizer feed reduced the IRR to 9.7 %, which could be improved through financing strategies such as lowering capital costs to endorse the MLD-maximizing option. The findings emphasize advancing impurity removal methods and exploring innovative project financing strategies to enable financially and environmentally sustainable seawater desalination for decarbonized fertilizer production.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/221478/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Techno-economic evaluation of maximizing minimum liquid discharge from seawater desalination for the fertilizer industry
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Pawar, Nikhil DilipNikhil.Pawar (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5959-7433NICHT SPEZIFIZIERT
Morgante, CarmeloAalborg UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Pregger, ThomasThomas.Pregger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6728-7451NICHT SPEZIFIZIERT
Jochem, PatrickPatrick.Jochem (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7486-4958NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:26 November 2025
Erschienen in:Water Resources and Industry
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:35
DOI:10.1016/j.wri.2025.100332
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Spanjers, HenriDelft University of TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
ISSN:2212-3717
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Decarbonization; Green hydrogen; Urea; Brine valorization; Zero liquid discharge; ZLD; MENA
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Energiesystemdesign
HGF - Programmthema:Energiesystemtransformation
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Systemanalyse und Technologiebewertung
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Vernetzte Energiesysteme > Energiesystemanalyse, ST
Hinterlegt von: Pawar, Nikhil Dilip
Hinterlegt am:05 Jan 2026 11:22
Letzte Änderung:05 Jan 2026 11:22

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