ژاپن نخستین نیروگاه انرژی اسمزی خود را افتتاح کرد / این فناوری چیست و چگونه کار می‌کند؟

به گزارش رکنا به نقل از گاردین ، این نیروگاه که تنها دومین نمونه از نوع خود در جهان به شمار می‌رود، انتظار می‌رود سالانه حدود ۸۸۰ هزار کیلووات ساعت برق تولید کند، میزان انرژی کافی برای تأمین بخشی از برق یک تصفیه‌خانه آب در این شهر و مناطق همجوار.

به گفته دکتر علی الطائی از دانشگاه فناوری سیدنی (UTS) که در زمینه توسعه منابع آب جایگزین تخصص دارد، این مقدار انرژی معادل تأمین برق حدود ۲۲۰ خانوار ژاپنی است.

اگرچه این فناوری هنوز در حال توسعه و استفاده در مقیاس محدود است، اما نسبت به برخی دیگر از انرژی‌های تجدیدپذیر مزیتی دارد و آن این است که انرژی آن به صورت ۲۴ ساعته و بدون وابستگی به باد، هوا یا شرایط محیطی دیگر در دسترس است.

این فناوری به سادگی به مخلوط شدن آب شیرین و آب شور متکی است، بنابراین جریان انرژی می‌تواند شبانه‌روز ادامه یابد و منبع پایداری از برق فراهم کند.

انرژی اسمزی چیست؟

اسمز فرآیند طبیعی است که طی آن آب از یک محلول کم غلظت به محلول پرغلظت‌تر از طریق یک غشای نیمه‌تراوا حرکت می‌کند تا غلظت دو طرف متعادل شود.

تصور کنید یک فنجان به‌صورت عمودی با یک لایه نازک نیمه‌تراوا تقسیم شده باشد ، اگر یک سمت آن آب شور و سمت دیگر آب شیرین باشد، آب به سمت آب شور جریان پیدا می‌کند تا آن را رقیق کند، زیرا خود نمک نمی‌تواند از غشا عبور کند.

نیروگاه‌های انرژی اسمزی از همین اصل استفاده می‌کنند؛ با قرار دادن آب شیرین و آب دریا در دو سمت یک غشای ویژه و کمی فشار دادن سمت آب شور.

با عبور آب به سمت طرف شورتر، حجم محلول تحت فشار افزایش می‌یابد و این انرژی می‌تواند برای تولید برق استفاده شود.

در نیروگاه فوکوئوکا، آب شیرین یا فاضلاب تصفیه‌شده و آب دریا در دو طرف یک غشا قرار می‌گیرند. با افزایش فشار و کاهش شوری سمت آب شور، بخشی از آب از طریق توربین هدایت می‌شود و به ژنراتور متصل شده و برق تولید می‌کند.

این فناوری در چه مکان های دیگری استفاده شده است؟

نیروگاه فوکوئوکا دومین نمونه از نوع خود در جهان است. نخستین نیروگاه در سال ۲۰۲۳ در ماریاجر دانمارک توسط شرکت SaltPower ساخته شد، به گفته پروفسور ساندرا کنتیش از دانشگاه ملبورن.

به گفته دکتر الطائی، نیروگاه ژاپن بزرگ‌تر از نمونه دانمارکی است، اگرچه ظرفیت عملیاتی تقریباً یکسان دارند. نمونه‌های آزمایشی همچنین در نروژ و کره جنوبی نیز اجرا شده‌اند.

الطائی افزود که دانشگاه UTS نمونه اولیه خود را در سیدنی دارد، اما برنامه طی دوران کرونا متوقف شد. 

وی همچنین در ساخت نمونه‌های اولیه در اسپانیا و قطر مشارکت داشته است.

چالش‌ها چیست؟

اگرچه ایده ساده است، مقیاس‌بندی آن دشوار است.

کنتیش گفت بسیاری از انرژی در فرآیند پمپاژ آب به داخل نیروگاه و عبور از غشاها از دست می‌رود.

وی افزود: «در حالی که انرژی در زمان ترکیب آب شور و شیرین آزاد می‌شود، بخش زیادی از انرژی در پمپاژ دو جریان به نیروگاه و از دست دادن انرژی ناشی از اصطکاک در غشاها هدر می‌رود. این بدان معناست که انرژی خالص قابل دستیابی کم است.»

اما پیشرفت‌ها در فناوری غشا و پمپ‌ها این مشکلات را کاهش داده است. کنتیش افزود: «قابل توجه است که نیروگاه ژاپن از آب شور متمرکز – همان آب باقی‌مانده پس از تصفیه آب شیرین در یک تصفیه‌خانه – به عنوان ماده اولیه استفاده می‌کند، که تفاوت غلظت نمک را افزایش داده و انرژی قابل استفاده را بیشتر می‌کند. »

این موضوع برای آینده چه معنایی دارد؟

کنتیش و الطائی معتقدند که نیروگاه ژاپن لحظه هیجان‌انگیزی برای انرژی اسمزی است، زیرا نشان می‌دهد این فناوری می‌تواند برای تولید انرژی در مقیاس بزرگ مورد استفاده قرار گیرد.

الطائی گفت که نمونه اولیه دانشگاه UTS می‌تواند با تأمین بودجه دولتی دوباره راه‌اندازی شود و پتانسیل اجرای آن در مقیاس بزرگ‌تر در استرالیا، مشابه نیروگاه فوکوئوکا، افزایش یابد.

وی افزود: در نیو ساوت ولز و سیدنی دریاچه‌های شور وجود دارند که می‌توان از آنها استفاده کرد و همچنین تخصص لازم برای ساخت این فناوری را داریم.