آب شیرین کن RO: (نیروی اسمزی – یک منبع جدید و تجدید پذیر انرژی)مخلوط شدن آب شیرین رودخانه‌ها با آب شور اقیانوس،
که در جریان ورود رودها به دریا رخ می‌دهد، مقادیر زیادی انرژی آزاد می‌کند. این انرژی می‌تواند برداشت شده و از طریق فرآیند
اسمز معکوس فشار تأخیری (PRO) به برق تبدیل شود. این مفهوم، به‌عنوان انرژی اسمزی، یک منبع جدید و هنوز بهره‌برداری
نشده از انرژی تجدید پذیر است. ایده استفاده از انرژی حاصل از مخلوط کردن آب شیرین و شور با فناوری PRO اولین بار توسط
پروفسور سیدنی لوب در دهه هفتاد میلادی مطرح شد. پس از چند سال پیشرفت محدود در دهه هشتاد، شرکت نیروی نروژی
“استاتکرفت” در اواسط دهه نود شروع به توسعه فناوری در راستای تولید برق اسمزی مقرون‌به‌صرفه کرد. امروز، “استاتکرفت”
پیشرو جهانی در توسعه انرژی اسمزی است و در طی سال‌های اخیر به دستاوردهای پیشرفته‌ای دست یافته است.
آب شیرین کن RO | روش برداشتن سر مخازن تحت فشار | بخش اول
تمرکز این فعالیت‌ها بر طراحی و تولید یک غشای نیمه‌نفوذپذیر بهینه برای انرژی اسمزی بوده است. طی این سال‌ها،
تراکم انرژی غشا از کمتر از 0.1 وات بر متر مربع به حدود 3 وات بر متر مربع در غشاهای امروزی رسیده است. هدف
رسیدن به تراکم 5 وات بر متر مربع برای تولید انرژی اسمزی در مقیاس تجاری به نظر می‌رسد که ظرف چند سال
آینده دست‌یافتنی باشد. توسعه فناوری شامل آزمایش غشاهای موجود و بهبود آن‌ها و همچنین طراحی غشاهای
کاملاً جدید بوده است. در این مقاله، نتایج حاصل از آزمایش غشاهای موجود و جدید که در فرآیند PRO استفاده شده‌اند، ارائه می‌شود.
اولین نیروگاه انرژی اسمزی در جهان در سال 2009 در جنوب شرقی نروژ به بهره‌برداری خواهد رسید.
هدف های اصلی
ز نمونه اولیه دو مورد هستند. نخست، تأیید این که سیستم طراحی‌شده می‌تواند به‌صورت پایدار و قابل‌اعتماد،
برق را در یک تولید 24 ساعته فراهم کند. دوم، استفاده از این نیروگاه برای آزمایش‌های بیشتر فناوری است که از فعالیت‌های
تحقیقاتی موازی به دست آمده و می‌تواند به طور قابل توجهی بهره‌وری را افزایش دهد. این فعالیت‌ها عمدتاً بر ماژول‌های غشایی،
پیش‌تصفیه آب، تجهیزات تبادل فشار، و تولید برق (توربین و ژنراتور) متمرکز خواهند بود. این ارائه، مقدمه‌ای مختصر از سیستم نمونه اولیه،
انتظارات از عملکرد و نگهداری آن، و همچنین خلاصه‌ای از گام‌های بعدی در توسعه نیروی اسمزی ارائه خواهد داد.
این مقاله یک دید کلی از موانعی که باید برطرف شوند و انتظارات از نتایج قابل‌تحقق را فراهم می‌کند. با حل این چالش‌ها، نیروی اسمزی
می‌تواند به یک منبع انرژی جدید و تجدیدپذیر تبدیل شود که به خوبی قادر به رقابت در بازار انرژی در آینده نزدیک خواهد بود. بار دیگر،
پروفسور سیدنی لوب به حل یکی از چالش‌های اصلی برای ایجاد دنیایی پایدار برای نسل‌های آینده کمک می‌کند.
مقدمه
در طول دهه گذشته، چالش‌های تغییرات اقلیمی جهانی و افزایش مداوم تقاضای جهانی برای انرژی، نیاز به منابع انرژی
تجدیدپذیر بیشتر را به یکی از اولویت‌های اصلی جامعه بین‌المللی تبدیل کرده است.
به همین دلیل، سازمان ملل در اولین اجلاس جهانی توسعه پایدار (2002، ژوهانسبورگ) تصمیم گرفت یک مجمع خاص
برای پیشبرد توسعه منابع انرژی تجدیدپذیر ایجاد کند: کنفرانس بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر.
در اولین نشست این مجمع، تمامی کشورها تعهد خود را مجدداً اعلام کردند که «با احساس فوریت، سهم جهانی انرژی
تجدیدپذیر در تأمین کل انرژی را به طور قابل‌توجهی افزایش دهند.» در نشست پیگیری این مجمع در سال 2008،
به وضوح بیان شد که برای رسیدن به این هدف، استفاده از منابع موجود و جدید انرژی تجدیدپذیر ضروری است.
با تکیه بر بیش از صد سال تجربه در توسعه و بهره‌برداری از نیروی برق‌آبی، شرکت نروژی “استاتکرفت” مسیر خود
را برای تقویت نقش پیشرو خود در تولید انرژی تجدیدپذیر با سرمایه‌گذاری در جستجوی منابع جدید انرژی تجدیدپذیر
در مناطق استراتژیک مشخص کرده است.
در نتیجه، این شرکت امروز پیشرو جهانی در توسعه نیروی اسمزی است و در سال‌های اخیر به دستاوردهای پیشرفته‌ای دست یافته است.
پیشینه
فشار بر محیط زیست ناشی از فعالیت‌های انسانی، به‌ویژه چالش‌های تغییرات آب و هوایی مرتبط با افزایش مداوم انتشار گازهای
گلخانه‌ای، نیاز به تحقیقات گسترده در مورد جایگزین‌ها را ایجاد کرده است. از زمان پروتکل کیوتو در سال 1997، تلاش‌ها برای
کاهش انتشار کربن شدت یافته است. اتحادیه اروپا در دسامبر 2008، سیاست یکپارچه انرژی و تغییرات آب و هوایی را تصویب کرد
که شامل اهداف بلندپروازانه‌ای برای سال 2020 است. هدف این است که اروپا را به مسیر انرژی پایدارتری هدایت کند –
به سمت آینده‌ای با کربن پایین با اقتصادی انرژی‌کارآمد که انتشار گازهای گلخانه‌ای را 20 درصد کاهش دهد، مصرف انرژی
را از طریق افزایش بهره‌وری انرژی 20 درصد کاهش دهد و 20 درصد از نیازهای انرژی اروپا را از منابع تجدیدپذیر تامین کند.
با وجود این تلاش‌های مشترک جهانی، سوخت‌های فسیلی در دهه‌های آینده همچنان مهم‌ترین منبع انرژی باقی خواهند ماند،
زیرا آن‌ها اصلی‌ترین منبع انرژی کم‌هزینه و در دسترس در جهان هستند. علاوه بر این، مصرف جهانی انرژی در حال افزایش است،
بنابراین نیاز به انرژی‌های تجدیدپذیر بیشتر هر روز بیشتر می‌شود. این نیاز علاوه بر کاهش وابستگی ما به سوخت‌های فسیلی
محدود و کربن‌زا به‌عنوان منبع انرژی، در چالش‌های آب‌وهوایی و محیط‌زیستی نیز نقش مهمی ایفا می‌کند.
در این زمینه، تحقیق و توسعه نقش کلیدی در یافتن راه حل‌های جدید دارد. از دیدگاه یک شرکت، تحقیق و توسعه همچنین
به معنای تضمین چشم‌انداز تجاری و شکل‌دهی به اهداف رشد است. این بدان معناست که ما باید هم فناوری‌های موجود
را بهبود بخشیم و هم روی ساخت راهکارهای جدید انرژی‌های تجدیدپذیر کار کنیم.
شرکت استاتکرفت
از اوایل دهه 90 میلادی درگیر توسعه فناوری‌های جدید انرژی‌های تجدیدپذیر بوده است. با توجه به تاریخچه
این شرکت به‌عنوان یک تولیدکننده بزرگ انرژی در نروژ، تمرکز ما بر برداشت انرژی موجود در سواحل طولانی نروژ بوده است.
بیش از یک دهه است که ما به‌طور داخلی و در همکاری نزدیک با بخش تحقیق و توسعه و دانشگاه‌ها کار می‌کنیم تا راه‌هایی
برای تولید انرژی تجدیدپذیر از نیروهای طبیعی اقیانوس پیدا کنیم.
قدرت اسمز
قرن‌هاست که مشخص شده است مخلوط شدن آب شیرین و آب شور انرژی آزاد می‌کند. به عنوان مثال، رودخانه‌ای که به
اقیانوس شور می‌ریزد مقدار زیادی انرژی آزاد می‌کند. چالش این است که این انرژی را به کار بگیریم، زیرا انرژی آزادشده
از اختلاط نمک و آب شیرین فقط منجر به افزایش بسیار کمی در دمای محلی آب می‌شود. طی چند دهه گذشته،
حداقل دو مفهوم برای تبدیل این انرژی به برق به جای گرما شناسایی شده است.
اسمز تأخیری فشار (PRO)
یکی از این مفاهیم، اسمز تأخیری فشار (PRO) است. با این فناوری، ممکن است بتوان از پتانسیل عظیم یک منبع انرژی
تجدیدپذیر جدید بهره برد. این پتانسیل نمایانگر یک پروژه تولید برق در سطح جهانی است که می‌تواند بیش از ۱۶۰۰ تراوات
ساعت در سال تولید کند ” معادل نیمی از تولید برق سالانه در اتحادیه اروپا ”
در فرآیند اسمز تأخیری فشار، که به عنوان نیروی اسمزی نیز شناخته می‌شود، انرژی شیمیایی آزادشده به فشار تبدیل می‌شود،
نه به گرما. این مفهوم برای اولین بار توسط پروفسور سیدنی لوب در اوایل دهه ۱۹۷۰ معرفی شد، زمانی که او اولین
غشای نیمه‌تراوا در جهان را برای نمک‌زدایی از آب شور و تولید آب آشامیدنی بر اساس اسمز معکوس طراحی کرد.
شرکت استاتکرفت
از سال ۱۹۹۷ در تحقیق و توسعه نیروی اسمزی و فناوری‌های مرتبط فعال بوده است. همراه با شرکای
بین‌المللی تحقیق و توسعه خود، استاتکرفت اصلی‌ترین و پیشرفته‌ترین توسعه‌دهنده فناوری در سطح جهانی است و به همین
دلیل به عنوان یک مرکز دانش نیروی اسمزی شناخته می‌شود. این تیم در سال‌های اخیر دستاوردهای پیشرفته‌ای در زمینه
توسعه فناوری غشاهای جدید و کارآمد در انرژی داشته است.
نیروی اسمزی بر اساس فرآیند طبیعی اسمز عمل می‌کند، که ناشی از تمایل طبیعت برای برقراری تعادل بین غلظت‌های
مختلف در مایعات است. اسمز فرآیندی است که در آن مولکول‌های حلال از طریق یک غشای نیمه‌تراوا از یک محلول رقیق
به یک محلول غلیظ‌تر عبور می‌کنند، همان‌طور که در شکل ۲ نشان داده شده است.
تفاوت غلظت نمک بین آب شور و آب شیرین
نیروی شدیدی را برای مخلوط شدن ایجاد می‌کند. اثر این نیروی قوی برای مخلوط شدن را می‌توان از طریق
یک غشای خاص که نمک و آب شیرین را در یک فضای محدود از هم جدا می‌کند و فقط به آب اجازه عبور می‌دهد،
در حالی که یون‌های نمک رد می‌شوند، تشدید کرد. به این ترتیب، یک فشار اسمزی توسط مقدار آب شیرین که به سمت
آب شور حرکت می‌کند، ایجاد می‌شود. این فشار بسته به غلظت نمک آب شور می‌تواند در محدوده ۲۴ تا ۲۶ بار باشد.
اصل انرژی اسمزی از انرژی حاصل از مخلوط شدن آب با غلظت‌های مختلف نمک استفاده می‌کند. در این فرایند، آبی که نمک کمتری دارد
از غشا عبور کرده و به سمتی می‌رود که غلظت نمک بیشتری دارد و در نتیجه فشار را افزایش می‌دهد. با کنترل مناسب فشار در سمت
آب شور، تقریباً نیمی از انرژی نظری می‌تواند به انرژی الکتریکی تبدیل شود. این بدان معنی است که فشار عملیاتی در محدوده 11 تا 14
بار است و امکان تولید 1 مگاوات برق برای هر متر مکعب بر ثانیه آب شیرین را فراهم می‌کند.
دستگاه های اولترافیلتراسیون
سیستم اسمز تاخیری
به طور دقیق‌تر، در یک سیستم اسمز تاخیری تحت فشار (PRO)، آب شیرین تصفیه شده و آب شور به سیستم بسته‌ای
هدایت می‌شوند. قبل از ورود به ماژول‌های غشایی، آب شور تا حدود نیمی از فشار اسمزی، تقریباً 12 تا 14 بار، تحت فشار
قرار می‌گیرد. در ماژول، آب شیرین از غشا عبور کرده و وارد آب شور تحت فشار می‌شود. این امر منجر به تولید آب شور رقیق
شده و تحت فشاری می‌شود که سپس به دو جریان تقسیم می‌شود. یک سوم این آب شور تحت فشار برای تولید برق در یک
توربین آبی استفاده می‌شود و قسمت باقی‌مانده از یک مبدل فشار عبور می‌کند تا آب شور ورودی را تحت فشار قرار دهد. خروجی
چنین نیروگاهی عمدتاً آب شور رقیق‌شده (آب لب‌شور) خواهد بود که به دهانه رودخانه یا دریا بازگردانده می‌شود.
دستگاه های میکرو فیلتراسیون
نتیجه گیری
در نتیجه، هرچه اختلاف شوری بین آب شیرین و آب شور بیشتر باشد، فشار بیشتری در سیستم ایجاد می‌شود. به طور مشابه،
هرچه آب بیشتری وارد سیستم شود، برق بیشتری تولید می‌شود. در عین حال، مهم است که آب شیرین و آب شور تا حد امکان
تمیز باشند. مواد موجود در آب ممکن است در ساختار نگهدارنده غشا یا روی سطوح غشا به دام بیفتند و جریان عبوری از غشا را
کاهش دهند و در نتیجه خروجی برق و راندمان کلی سیستم را کاهش دهند. این پدیده که معمولاً گرفتگی نامیده می‌شود،
به طراحی سیستم، ویژگی‌های غشا، ماژول غشایی و پیش‌تصفیه آب شیرین و آب شور مرتبط است.
یک نیروگاه انرژی اسمزی تا حد زیادی از فناوری‌های موجود ساخته می‌شود. اجزای کلیدی غشاها، ماژول‌های غشایی و
مبدل‌های فشار هستند و بخش عمده تلاش‌ها برای تجاری‌سازی انرژی اسمزی به بهبود و مقیاس‌بندی این اجزا اختصاص دارد
3.1 مسائل زیست محیطی
مخلوط شدن آب شور و شیرین فرآیندی است که به طور طبیعی در سراسر جهان رخ می‌دهد. نیروگاه‌های اسمزی انرژی را از این فرایند
استخراج می‌کنند بدون اینکه آلاینده‌ای به هوا یا آب وارد کنند. علاوه بر این، این فرایند هیچگونه انتشار دیگری ندارد که بتواند بر آب و هوای
جهانی تأثیر بگذارد.
عملکرد زیست‌محیطی عالی و تولید انرژی بدون CO2
نیروگاه‌های اسمزی، احتمالاً برای گواهی‌های سبز و سایر اقدامات حمایتی سیاستی برای افزایش سهم انرژی‌های تجدیدپذیر واجد شرایط خواهد بود.
یکی از حوزه‌هایی که در مورد آن بحث‌هایی وجود داشته است، این است که آیا تخلیه آب لب‌شور (مخلوطی از آب شور و شیرین)
توسط نیروگاه اسمزی تأثیر منفی بر محیط زیست دریایی خواهد داشت یا خیر. این ممکن است محیط زیست دریایی محلی را تغییر
داده و منجر به تغییراتی برای حیوانات و گیاهانی شود که در منطقه تخلیه زندگی می‌کنند. با این حال، نیروگاه اسمزی تنها تشکیل
آب لب‌شور را در فضا جابجا می‌کند بدون اینکه کیفیت آب را تغییر دهد، بنابراین این تأثیر زیست‌محیطی قابل توجهی نخواهد بود
3.2 پتانسیل بازار
برای درک بهتر از ظرفیت بالقوه تولید انرژی که انرژی اسمزی می‌تواند فراهم کند، مطالعاتی در مورد مکان‌هایی که آب شیرین به آب شور
می‌ریزد انجام شده است. برای ارزیابی پتانسیل تولید برق از یک رودخانه، اطلاعات دقیقی در مورد کیفیت آب، تغییرات فصلی، شوری و
کیفیت آب دریا و همچنین مقدار آب شیرین موجود مورد نیاز است. با توجه به این اطلاعات، مشخص است که مناطق متعددی در نیمکره
شمالی و جنوبی وجود دارد که پتانسیل قابل توجهی دارند. آمریکای شمالی، آمریکای جنوبی، اروپا، آسیای شمالی و آفریقا همگی منابع
قابل توجهی دارند که می‌توانند به ترکیب انرژی‌های تجدیدپذیر آن‌ها کمک کنند.
پتانسیل جهانی این انرژی بیش از 1600 تراوات ساعت در سال است، در حالی که 170 تراوات ساعت در سال را می‌توان در اروپا تولید کرد.
به احتمال زیاد، انرژی اسمزی می‌تواند سهم قابل توجهی در رشد انرژی‌های تجدیدپذیر در آینده داشته باشد. این همچنین یک پتانسیل
تجاری جذاب جدیدی را برای شرکت‌های تجاری برق و تامین‌کنندگان فناوری ایجاد می‌کند.
[/fusion_text][/fusion_builder_column][/fusion_builder_row][/fusion_builder_container]
ثبت ديدگاه