آب مدتهاست که منبعی برای تولید انرژی تجدیدپذیر بوده است. بیش از دو هزار سال پیش، چینیها از چرخهای آبی برای آردکردن غلات و کوبیدن سنگ معدن استفاده میکردند. در دهۀ ۱۷۰۰، چرخهای آبی جرقۀ انقلاب صنعتی در بریتانیا را زدند. در دهۀ ۱۸۷۰، یک صنعتگر ویکتوریایی بهنام ویلیام آرمسترانگ، نخستین سامانۀ هیدروالکتریک جهان را برای روشنکردن خانۀ خانوادگیاش، «کرگساید»، در شمالشرقی بریتانیا نصب کرد.
تازهترین ایده بر پایۀ اسمز است؛ فرایندی طبیعی که در آن آب از جایی با غلظت کمترِ مثلاً نمک، از خلال یک غشای نیمهتراوا، به درون محلولی با غلظت بیشتر حرکت میکند. این روند آنقدر ادامه مییابد تا هر دو طرف به تعادل برسند.
میتوان از این فرایند برق تولید کرد، زیرا حجم آبِ شور، هنگامی که با عبور آب شیرین از غشا رقیق میشود، افزایش مییابد. سپس بخشی از جریان خروجی آب از سمت شورتر مهار میشود تا یک توربین را به حرکت درآورد و برق تولید کند.
انرژی اسمزی شاید روزی بتواند برای جوامع ساحلیای که به وفور به آب شور دسترسی دارند-در مناطقی مانند استرالیا و خاورمیانه- انرژی پایۀ مفیدی فراهم کند. همچنین میتواند در بازیابی انرژی در کارخانههای آبشیرینکن نقش داشته باشد. پروژههای اخیر در ژاپن و فرانسه نشان میدهد این فناوری چگونه در حال توسعه است.
در ماه اوت، یک نیروگاه اسمزی به ارزش ۷۰۰ میلیون ین (۴٫۵ میلیون دلار) در فوکوئوکا، شهری بر ساحل شمالی جزیرۀ کیوشوی ژاپن، افتتاح شد. انرژی تولیدی این نیروگاه با ظرفیت تولید ۱۱۰ کیلووات -که برای تأمین برق حدود ۲۰۰ خانۀ معمولی کافی است- برای راهاندازی یک کارخانۀ آبشیرینکن مجاور به کار خواهد رفت که آب شیرین شهر را تولید میکند.
کارخانههای آبشیرینکن مصرفکنندگان پرولع برقاند و اغلب آنها، مانند نمونۀ فوکوئوکا، از فرایندی بهنام «اسمز معکوس» استفاده میکنند. این فرایند برخلاف جریان طبیعی اسمزی عمل میکند: با پمپکردن آب دریا تحت فشار بالا از خلال یک غشای نیمهتراوا، نمک را جدا میکند. در نتیجه، جریانی پسماند از آبِ بسیار شور باقی میماند که اگر دوباره به دریا پمپ شود، میتواند به محیط زیست محلی آسیب بزند.
نیروگاه اسمزی فوکوئوکا از همین «آبِ شورِ زائد»ِ کارخانۀ آبشیرینکن نزدیک استفاده میکند؛ محلولی که بهدلیل غلظت بالای آن، اسمز سریعتر انجام میشود. و بهجای مصرف آب شیرین ارزشمند تولیدشده در تأسیسات آبشیرینکن، این نیروگاه از آب تصفیهشدۀ خروجی یک تصفیهخانۀ فاضلاب تغذیه میشود. ادارۀ آب منطقهای فوکوئوکا که این پروژه را اجرا میکند، امیدوار است در نهایت نیروگاه اسمزی آنقدر کارآمد شود که بتوان با افزودن آب دریا، که مستقیماً از دریا کشیده میشود، به آب شور خارجشده از کارخانۀ آبشیرینکن، برق بیشتری تولید کرد.
یکی از دلایل اصلی اینکه چرا انرژی اسمزی امروز عملیتر شده، توسعۀ غشاهایی است که بسیار دقیق طراحی شدهاند. این غشاها نفوذپذیریشان نسبت به آب بیشتر شده و کمتر مستعد گرفتگی بر اثر ناخالصیها هستند. چنین غشاهایی کارخانههای آبشیرینکن را هم کارآمدتر میکنند.
«سویچ انرژی» (Sweetch Energy) شرکتی است که در حال ساخت یک نیروگاه اسمزی در دلتای رود رون، در جایی که این رود به دریای مدیترانه در جنوب فرانسه میریزد، است. با توجه به آبوهوای گرم و آفتابی منطقه که موجب نرخ بالای تبخیر میشود، آبهای مدیترانه بهویژه شور هستند. اگر نیروگاه آزمایشیای که اکنون در حال ساخت است مطابق برنامه کار کند و ثابت کند که این فناوری جواب میدهد، شرکت قصد دارد در دهۀ آینده تأسیسات بزرگتری بسازد.
نیکولا هوزه، مدیرعامل سویچ، برآورد میکند این تأسیسات ظرفیتی معادل ۵۰۰ مگاوات فراهم خواهد کرد؛ رقمی که برای تأمین برق ۱٫۹ میلیون نفری که در شهر مارسی و مناطق پیرامون آن زندگی میکنند کافی است. این شرکت همچنین روی طرحهای مشابهی در دیگر نقاط جهان کار میکند.
فناوری این شرکت بر شکل دیگری از اسمز تکیه دارد. بهجای غشایی که فقط به مولکولهای آب اجازه میدهد از یک محلول به محلول دیگر عبور کنند، شرکت از غشاهایی استفاده میکند که در عوض، ذرات باردار، موسوم به یون، را از خود عبور میدهند. حرکت یونها یک «اختلاف پتانسیل الکتریکی» ایجاد میکند که اساس کار یک باتری است. بارِ حاصل سپس مستقیماً برای تولید جریان الکتریکی به کار گرفته میشود.
ژنراتورهای اسمزی کنار رود رون با رویهمچیدن مجموعهای از غشاهای «یونگزین» و عبوردادن آب شیرین و آب شور، که هر دو از نقاط مختلف این دلتا برداشت میشوند، از میان آنها ساخته میشوند. هرچند فرایند انتقال یون چند سال است که شناخته شده، هزینۀ ساخت غشاهای مورد نیاز تا کنون بسیار بازدارنده بوده است. آقای هوزه میگوید شرکت او نسخههای ارزانتر و کارآمدتری توسعه داده که از ساختارهای نانولولهای ساختهشده از مواد طبیعی، مانند چوب، بهره میبرند. با این حال جزئیات، محرمانه باقی مانده است.
این شرکت در نهایت امیدوار است برق را با «هزینۀ برابرشده»ای (شاخصی صنعتی که هزینههای سرمایهای و عملیاتی را در طول عمر یک پروژه در نظر میگیرد) پایینتر از ۱۰۰ دلار به ازای هر مگاواتساعت تولید کند. برخی شکلهای انرژی خورشیدی و بادی میتوانند ارزانتر تمام شوند، اما ناپیوستگی آنها -این واقعیت که خورشید همیشه نمیتابد و باد همیشه نمیوزد- به این معناست که برای داشتن خروجی پایدار، به باتری نیاز است. با این همه، آقای هوزه یادآور میشود تا زمانی که رود به دریا میریزد، انرژی اسمزی میتواند روز و شب، فارغ از وضعیت هوا، برق تولید کند.
آیا نیاز به تهیه نسخه چاپی مجلات دارید؟
شما میتوانید با خرید اشتراک به نسخه چاپی مجلات ما دسترسی داشته باشید.
