فراوری برق با مخلوط کردن آب شیرین با آب دریا! - مجله یک کامپیوتر

به گزارش خبرنگاران و به نقل از گیزمگ، تصفیه خانه های فاضلاب ساحلی ممکن است روشی نامطبوع برای مدیریت پساب از شهرهای ما باشد، اما ضروری است و یک مطالعه جدید توسط دانشگاه استنفورد نشان می دهد که می توان کارایی آنها را دو برابر کرد و در عین حال انرژی خود را به صورت مستقل تامین نمایند و آلایندگی کربنی نیز نداشته باشند.

محققان می گویند مخلوط کردن آب تازه مخصوص آبیاری گیاهان با آب دریا این پتانسیل را دارد که 18 گیگاوات برق را در سراسر دنیا بازیابی کند.

تماشای جریان یک رودخانه و ریختنش به دریا در بستر طبیعت یک منظره دل انگیز است، اما نشان دهنده پتانسیل فراوری انرژی پاک فوق العاده ای نیز هست. اکثر مردم از چگونگی سدسازی روی رودخانه ها و استفاده از جریان آب آنها برای چرخاندن توربین ها و فراوری نیروی مفید مطلع هستند، اما مخلوط کردن ساده نمک و آب شیرین بیانگر پتانسیل فراوری دو تراوات انرژی در سطح دنیا است.

این اتفاق به این دلیل می افتد که وقتی آب شیرین و نمک مخلوط می شوند، چیزی فراوری می نمایند که توان گرادیان شوری یا شیب شوری یا توان اسمزی(Osmotic) نام دارد.

توان اسمزی یا توان گرادیان شوری، انرژی موجود از اختلاف در غلظت نمک بین آب دریا و آب رودخانه است.

دو روش عملی برای این موضوع الکترودیالیز معکوس(RED) و فشار اسمزی با غشاهای تأخیری(PRO) می باشند. این محصول زائد کلیدی، آب بد(شور) مزه است. این محصول جانبی، نتیجه نیروهای طبیعی مهار شده است: جریان آب شیرین به درون دریاها که حاصل از آب شور می باشد. روش فراوری نیرو از طریق فشار اسمزی تأخیری از طریق پروفسور سیدنی لوب در سال 1973 ابداع شد.

این ایده با مشاهده جریان رودخانه به درون دریا به ذهن پروفسور لوب رسید. او می خواست از انرژی ترکیب 2 معلول آبی بهره برداری کند که در این فرآیند ترکیب طبیعی به هدر می رفت. پروفسور لوب در سال 1977 پیروز به ابداع یک روش فراوری نیرو از طریق موتور حرارتی الکترودیالیز معکوس شد.

اولین نیروگاه توان اسمزی دنیا با ظرفیت 4kw در 24 نوامبر سال 2009 افتتاح شد. این نیروگاه از طرح اصلی پیشنهاد شده از طریق لوب استفاده می نماید.

پساب تخلیه شده از تصفیه خانه حاوی 20 برابر نمک کمتری نسبت به آب دریا است که با آن مخلوط می گردد. این بدان معنی است که هر متر مکعب آب شیرین می تواند 0.65 کیلو وات در ساعت انرژی فراوری کند.

هر چند که این مقدار چندان زیاد نیست، اما طبق گفته تیم استنفورد به سرپرستی کریستیان دوبراسکی دانشجوی فوق دکترا در مهندسی عمران و محیط زیست، این انرژی آبی(blue energy) می تواند یک برنامه محلی مهم برای تصفیه خانه های فاضلاب باشد.

این تصفیه خانه ها پس از تصفیه به طور مداوم آب شیرین وارد دریا می نمایند، اما اداره این تصفیه خانه ها نیازمند انرژی زیادی است و تنها در آمریکا حدود سه درصد از نیروی برق کل این کشور را مصرف می نماید. این اتفاق می تواند به اندازه کافی بد باشد، اما تصفیه خانه های فاضلاب باید به صورت شبانه روزی کار نمایند و کمبود نیرو می تواند عواقب نامطلوبی بر محیط زیست داشته باشد.

ایده استفاده از توان اسمزی به عنوان ابزاری برای فراوری انرژی آبی چیز جدیدی نیست، اما تیم استنفورد می گوید که رویکرد آنها اولین روشی است که به مواردی مانند فشار یا خاصیت نفوذ و حلّالی تکیه نمی نماید. در عوض، آب شیرین و شور را به باتری تبدیل می نماید که دو الکترودهای ساخته شده با هزینه یک دلار به ازای هر کیلوگرم و و پلی پیرول را با قیمت 3 دلار به ازای هر کیلوگرم می شوید و برق فراوری می نماید.

با انجام این کار، آنها یون های سدیم و کلرید را تبادل می نمایند و جریان الکتریکی ایجاد می نمایند. هنگامی که آب شور وارد می گردد، واکنش به یک جهت می رود و جریان الکتریکی فراوری می گردد. آب شیرین هر دو را معکوس می نماید. بدین معنی که سیستم به طور مداوم و بدون ورودی انرژی به کار خود ادامه می دهد.

محققان می گویند که الکترودها به دلیل داشتن پوشش اسید سولفوسوکسینیک و همچنین نداشتن قطعات متحرک، نسبتاً قوی هستند.

این سیستم در یک آزمایش روی یک نمونه اولیه در یک تصفیه خانه کنترل کیفیت آب در کالیفرنیا ضمن حفظ 97 درصد اثربخشی، 180 چرخه را پشت سر گذاشت، اگرچه بازده انرژی هنوز اندک است. اما اگر با استفاده از چندین باتری بتوان مقیاس آن را زیاد کرد، می توان تصفیه خانه های فاضلاب ساحلی را از لحاظ مصرف انرژی خودکفا کند.

دوبراسکی می گوید: این یک راهکار علمی برای یک مشکل پیچیده است. این آزمایش باید در مقیاس بزرگ انجام گردد تا چالش بهره برداری از انرژی آبی در مقیاس دنیای را رفع کند. رودخانه هایی که به اقیانوس ها می ریزند یک نقطه آغاز خوب است.

بانیما: قدرت گرفته از سیستم مدیریت محتوای بانیما