تولید برق با مخلوط کردن آب شیرین با آب دریا!

 محققان دانشگاه استنفورد با توسعه یک روش موسوم به "انرژی رنگ آبی" توانسته‌اند از آب خروجی از تصفیه‌خانه‌های فاضلاب ساحلی برق تولید کنند تا در آینده این تصفیه‌خانه‌های پرمصرف از لحاظ مصرف انرژی خودکفا شوند.

تصفیه‌خانه‌های فاضلاب ساحلی ممکن است روشی نامطبوع برای مدیریت پساب از شهرهای ما باشد، اما لازم است و یک مطالعه جدید توسط دانشگاه استنفورد نشان می‌دهد که می‌توان کارایی آنها را دو برابر کرد و در عین حال انرژی خود را به صورت مستقل تامین کنند و آلایندگی کربنی نیز نداشته باشند.

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

تماشای جریان یک رودخانه و ریختنش به دریا در بستر طبیعت یک منظره دل انگیز است، اما نشان دهنده پتانسیل تولید انرژی پاک فوق العاده‌ای نیز هست. اکثر مردم از چگونگی سدسازی روی رودخانه‌ها و استفاده از جریان آب آنها برای چرخاندن توربین‌ها و تولید نیروی مفید آگاه هستند، اما مخلوط کردن ساده نمک و آب شیرین بیانگر پتانسیل تولید دو تراوات انرژی در سطح جهان است.

این اتفاق به این دلیل می‌افتد که وقتی آب شیرین و نمک مخلوط می‌شوند، چیزی تولید می‌کنند 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) می‌باشند. 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 می‌باشد. روش تولید نیرو به وسیله فشار اسمزی تأخیری به وسیله پروفسور سیدنی لوب در سال ۱۹۷۳ ابداع شد.

این ایده با مشاهده جریان رودخانه به درون دریا به ذهن پروفسور لوب رسید. او می‌خواست از انرژی ترکیب ۲ معلول آبی بهره‌برداری کند که در این فرآیند ترکیب طبیعی به هدر می‌رفت. پروفسور لوب در سال ۱۹۷۷ موفق به ابداع یک روش تولید نیرو به وسیله موتور حرارتی الکترودیالیز معکوس شد.

اولین نیروگاه توان اسمزی جهان با ظرفیت 4kw در ۲۴ نوامبر سال ۲۰۰۹ افتتاح شد. این نیروگاه از طرح اصلی پیشنهاد شده به وسیله لوب استفاده می‌کند.

پساب تخلیه شده از تصفیه‌خانه حاوی 20 برابر نمک کمتری نسبت به آب دریا است که با آن مخلوط می‌شود. این بدان معنی است که هر متر مکعب آب شیرین می‌تواند 0.65 کیلو وات در ساعت انرژی تولید 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) می‌تواند یک برنامه محلی مهم برای تصفیه خانه‌های فاضلاب باشد.

این تصفیه خانه‌ها پس از تصفیه به طور مداوم آب شیرین وارد دریا می‌کنند، اما اداره این تصفیه خانه‌ها نیازمند انرژی زیادی است و تنها در آمریکا حدود سه درصد از نیروی برق کل این کشور را مصرف می‌کند. این اتفاق می‌تواند به اندازه کافی بد باشد، اما تصفیه خانه‌های فاضلاب باید به صورت شبانه‌روزی کار کنند و کمبود نیرو می‌تواند عواقب نامطلوبی بر محیط زیست داشته باشد.

ایده استفاده از "توان اسمزی" به عنوان ابزاری برای تولید "انرژی آبی" چیز جدیدی نیست، اما تیم استنفورد می‌گوید که رویکرد آنها اولین روشی است که به مواردی مانند فشار یا خاصیت نفوذ و حلّالی تکیه نمی‌کند. در عوض، آب شیرین و شور را به باتری تبدیل می‌کند که دو الکترودهای ساخته شده با هزینه یک دلار به ازای هر کیلوگرم و و پلی‌پیرول را با قیمت 3 دلار به ازای هر کیلوگرم می‌شوید و برق تولید می‌کند.

با انجام این کار، آنها یون‌های سدیم و کلرید را تبادل می‌کنند و جریان الکتریکی ایجاد می‌کنند. هنگامی که آب شور وارد می‌شود، واکنش به یک جهت می‌رود و جریان الکتریکی تولید می‌شود. آب شیرین هر دو را معکوس می‌کند. بدین معنی که سیستم به طور مداوم و بدون ورودی انرژی به کار خود ادامه می‌دهد.

محققان می‌گویند 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، می‌توان تصفیه خانه‌های فاضلاب ساحلی را از لحاظ مصرف انرژی خودکفا کند.

دوبراسکی می‌گوید: این یک راه حل علمی برای یک مشکل پیچیده است. این آزمایش باید در مقیاس بزرگ انجام شود تا چالش بهره‌برداری از انرژی آبی در مقیاس جهانی را برطرف کند. رودخانه‌هایی که به اقیانوس‌ها می‌ریزند یک نقطه شروع خوب است.