به گزارش گروه اجتماعی برنا؛ حدود ۲۰ درصد از جمعیت جهان به آب آشامیدنی سالم دسترسی ندارند و این تعداد با افزایش جمیت و کاهش منابع آب شیرین در جهان افزایش پیدا خواهد کرد. مناطقی که بیش از همه تحت‌تأثیر قرار خواهند گرفت، مناطق خشک و نیمه‌خشک آسیا، خاورمیانه و شمال آفریقا خواهند بود.

براساس گزارش یونسکو، کمبود آب شیرین در جهان تا سال ۲۰۵۰ به ۵۰۰ تریلیون گالن بر سال خواهد رسید. پیش‌بینی می‌شود که در آینده‌ی نزدیک جنگ‌هایی بر سر آب رخ دهد. مجمع جهانی اقتصاد می‌گوید کمبود آب شیرین ممکن است در دهه‌ی پیش رو مهم‌ترین تهدید جهانی باشد. اما تأمین ۵۰۰ تریلیون آب در سال نیاز به حدود ۱۵۰۰ کارخانه‌ی آب شیرین‌کن مانند نمونه‌های موجود در کالیفرنیا و عربستان سعودی دارد. هزینه‌ی ساخت این تأسیسات بسیار کمتر از جنگ و قحطی است. متاسفانه ما در حال حاضر تنها ۱۰ تریلیون گالن آب را در سال در سرتاسر جهان نمک‌زدایی می‌کنیم.

به‌گزارش Tri-City Herald و NYTimes، صندوق‌های سرمایه‌گذاری مشترکی حول مشکل کمبود آب تشکیل شده‌اند و عملکرد خوبی نیز دارند. یکی از این صندوق‌ها AllianzGI Global Water Fund است که از سال ۲۰۱۰ به‌طور میانگین ۱۰ درصد سود داشته است (درمقایسه‌با سود کمتر از ۶ درصد صندوق‌های همتا). این شرکت‌ها عمدتا آب آشامیدنی را آزمایش و پالایش می‌کنند و تحویل می‌دهند.

مزرعه ذرت خشک شده

کالیفرنیا در حال وارد شدن به یک دوره‌ی طولانی خشکسالی است که با جمعیت درحال افزایش و صنعت کشاورزی آن دچار مشکل خواهد شد. تصویر، مزرعه‌ی ذرتی را نشان می‌دهد که دربرابر خشکسالی تسلیم شده است. طرح‌های زیادی برای بردن آب به این ایالت وجود داشته؛ اما بهترین کار نمک‌زدایی از آب دریا به کمک انرژی هسته‌ای است

در کالیفرنیا خشکسالی عظیمی که در سال ۲۰۱۷ به پایان رسید، به‌شدت منابع آب، کشاورزی و حیات وحش را تحت فشار قرار داد. این امر نیاز به ساخت کارخانه‌های نمک‌زدایی از آب را همچون دیگر مناطق خشک مدرن جهان آشکار می‌کند. بیشتر نیروگاه‌های گازی ابوظبی، برق مورد نیاز کارخانه‌های بزرگ نمک‌زدایی آب را تأمین می‌کنند که بیش از یک میلیارد گالن آب آشامیدنی را در روز تحویل می‌دهند. کالیفرنیا برای مقابله با خشکسالی‌های بزرگ پیش رو، به ۳۰ کارخانه‌ی بزرگ نمک‌زدایی از آب نیاز دارد. آن‌ها اخیرا کارخانه‌ای در شهر کارلس‌بد ساخته‌اند؛ اما هنوز به تعداد بیشتری از آن‌ها نیاز است.

فناوری‌های نمک‌زدایی از آب می‌توانند انواعی از منابع آب نظیر آب‌های لب‌شور زیرزمینی، آب‌های سطحی، آب دریا و فاضلاب‌های خانگی و صنعتی را تصفیه کنند. اگرچه فاضلاب حاصل از نمک‌زدایی آب خود یک مشکل است، دانشمندان مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست فرایندی را برای تبدیل آن به محصولات مفید توسعه داده‌اند. دو روش اصلی نمک‌زدایی از آب عبارت‌اند از:

۱. نمک‌زدایی حرارتی (استفاده از انرژی گرمایی برای جدا کردن محصول تقطیر از آب شور) که شامل روش‌های تقطیر چند مرحله‌ای (MED)، تقطیر سریع چند مرحله‌ای (MSF) و تقطیر به‌وسیله‌ی تراکم بخار مکانیکی (MVC) است. مورد آخر عمدتا برای نمک‌زدایی از آب‌های بسیار شور و فاضلاب صنعتی به‌منظور استفاده‌ی صنعتی و نه لزوما تهیه‌ی آب آشامیدنی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

۲. جداسازی غشایی مبتنی بر اسمز معکوس (RO) که از یک غشا و پمپاژ انرژی برای جدا کردن نمک‌ها از آب استفاده می‌کند. این روش در خانه‌ها و کسب‌و‌کارها معمول است.

از انرژی الکتریکی در سیستم‌های مبتنی بر غشا و از انرژی حرارتی برای سیستم‌های تقطیر استفاده می‌شود. برخی از نیروگاه‌های هیبریدی از روش‌های مبتنی‌بر غشا و تقطیر در ترکیب با هم استفاده می‌کنند. اکثر نیروگاه‌های آب شیرین‌کن در جهان برای تأمین انرژی از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌کنند اما بهتر است که به‌جای سوخت‌های فسیلی از انرژی هسته‌ای استفاده شود. راکتورهای کوچک مدولار (SMR) برای این کار ایده‌آل هستند؛ زیرا هم انرژی حرارتی و هم انرژی الکتریکی را بدون تولید گاز گلخانه‌ای تأمین می‌کنند.

راکتور کوچک مدولار

مدلی از راکتور کوچک مدولار NuScale (چپ) و دیاگرام نیروگاه ۱۲ ماژولی (راست). این طرح به‌آسانی با تأسیسات آب شیرین‌کن و دیگر فرایندهای صنعتی همراه می‌شود

تنها ۱۵ مورد از هزاران نیروگاه آب ‌شیرین‌کنی که امروزه در جهان به فعالیت مشغول هستند، از انرژی هسته‌ای استفاده می‌کنند. نمونه‌ی کوچکی از آن نیروگاه هسته‌ای کانیون دیابلو در کالیفرنیا است که به‌زودی قرار است بسته شود. این نیروگاه می‌تواند انرژی ده‌ها کارخانه‌ی آب شیرین‌کن بزرگ را تأمین کند و می‌تواند آب خنک‌کننده‌ی مورد نیاز خود را نمک‌زدایی کرده و بیشتر مشکلات رایج مرتبط با نیروگاه را برطرف کند.

کشتی‌های نیروی دریایی که با استفاده از انرژی هسته‌ای کار می‌کنند، نیز از همین انرژی برای نمک‌زدایی از آب دریا استفاده می‌کنند. راکتورهای کوچک مدولار مانند NuScale به مکان‌های دارای شبکه‌ی الکتریکی کوچک‌تر و زیرساخت‌های محدودتر این امکان را می‌دهد که ظرفیت جدید آبی و الکتریکی را در مقیاس کوچک به مجموعه‌ی خود اضافه کنند و به کشورها نیز اجازه می‌دهد که بتوانند آن‌ها را در هرجایی که نیاز است و در مناطق مختلف مستقر کنند.

ماژول NuScale آخرین مراحل صدور مجوز از سوی کمیسیون ساماندهی هسته‌ای را می‌گذراند و طی چند سال آینده آماده‌ی کار خواهد شد. ماژول‌های NuScale هر کدام حدود ۶۰ مگاوات برق تولید کرده و تا ۱۲ عدد از آن‌ها می‌توانند برای ساخت یک نیروگاه انرژی ۷۲۰ مگاواتی در کنار هم قرار داده شوند. آن‌ها از مجموعه‌ی سوختی استاندارد 17x17 PWR استفاده می‌کنند اما ارتفاع آن‌ها نصف حالت استاندارد است و به متوسط غنی‌سازی اورانیوم ۳/۸ درصد نیاز دارند. یک ماژول انرژی هسته‌ای NuScale دارای ارتفاع ۲۳ متر و قطر ۴/۶ متر است و در نیروگاه‌ای با مساحت ۰/۱۳ کیلومتر مربع جای می‌گیرد.

برای سوخت‌گیری مجدد هر SMR نیاز به خاموش شدن نیروگاه هسته‌ای نیست. اندازه‌ی کوچک و بزرگ نسبت سطح به حجم هسته‌ی رآکتور که زیر زمین در یک چاهک حرارتی مقاوم در برابر زمین‌لرزه قرار دارد، به فرایندهای طبیعی اجازه می‌دهد که در صورت خاموشی کامل انرژی، بدون نیاز به مداخله‌ی انسان یا برق، بدون پمپ و بدون نیاز به آب اضافی برای خنک‌سازی، آن را به‌صورت نامحدود خنک کنند. این رآکتور ذوب نمی‌شود.

نمودار

رابطه‌ی بین خروجی آب و الکتریسیته حاصل از یک ماژول NuScale که در آن از روش‌های نمک‌زدایی مختلفی استفاده شده است. بالاترین بازده مربوط به روش تولید آب شیرین با استفاده از فرایند اسمز معکوس است. اما برای نمک‌زدایی از آب‌های شورتر یا اگر آبی با کیفیتی بالاتری نیاز باشد، ممکن است به فرایندهای تقطیر حرارتی نیاز باشد

مطالعات انجام‌شده به‌وسیله‌ی اینگرسول و دیگران نشان می‌دهد که چگونه انرژی هسته‌ای و نمک‌زدایی می‌توانند با هم ترکیب شوند و چه میزان هزینه‌ای داشته باشند. آن‌ها یک نیروگاه NuScale دارای ۸ ماژول را با هر یک از فناوری‌های نمک‌زدایی ترکیب کردند: MED و MSF با جریان فشار متغیر (فشار بالا:HP ، متوسط: MP و پایین: LP) و اسمز معکوس. اندازه‌ی نیروگاه آب شیرین‌کن برای ظرفیت تولید ۵۰ میلیون گالن در روز آب آشامیدنی که بتواند جمعیت ۳۰۰ هزار نفری را حمایت کند، درنظر گرفته شد. جدول زیر تجزیه‌و‌تحلیل اقتصادی آن‌ها را خلاصه کرده است. برای آب آشامیدنی، طرح NuScale-RO ارزان‌ترین طرح است و به‌ازای انرژی مصرفی، بیشترین آب را تولید می‌کند. روش نمک‌زادیی LP-MED در مرتبه‌ی بعدی قرار می‌گیرد. از آنجایی که یک نیروگاه انرژی NuScale حداقل ۸۰ سال پابرجا می‌ماند، بازپرداخت آن حتی بهتر نیز است.

جدول

خلاصه‌ای از تجزیه‌و‌تحلیل اقتصادی نیروگاه نمک‌زدایی NuScale. جفت‌سازی‌ها به‌جز تقطیر سریع چند مرحله‌ای (MSF) بازگشت سرمایه‌ی خوبی داشت

فناوری‌های دیگری ازجمله روش اقتصادی استفاده‌ی مجدد از آب نیز در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرند. در شهر ردلندز در کالیفرنیا از فناوری بیورآکتور غشایی استفاده می‌شود و روزانه بیش از ۶ میلیون گالن فاضلاب شهری بازیافت می‌شود. هرکدام از این فناوری‌ها نیز که انتخاب شوند، کالیفرنیای جنوبی نیاز به ساخت ۳۰ کارخانه‌ی نمک‌زدایی از آب با اندازه‌ی نیروگاه شهر کارلس‌بد دارد تا بیش از یک میلیارد گالن در روز تولید کند و عمده‌ی مشکلات آب جنوب کالیفرنیا حل شود. ولی سنترال برای تأمین آب بخش کشاورزی خود نیاز به ۳۰ نیروگاه دیگر دارد زیرا آب‌های زیرزمینی آن در حال شور شدن هستند. هزینه‌ی اولیه‌ی این نیروگاه‌ها که با SMRها تأمین انرژی می‌شوند، کمی بیش از درآمد خود آن‌ها است اما بستن یک مالیات کوچک بر آب می‌تواند به آن‌ها کمک کنند که سریع‌تر آغاز به کار کنند. کالیفرنیا باید سریع‌تر حرکت کند، چرا که خشکسالی‌های بزرگی در راه است.

با دوستان خود به اشتراک بگذارید: