درون اولین نیروگاه اسمزی آسیا: چگونه ژاپن آب شور را به برق تبدیل می‌کند

به گزارش گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، ژاپن اولین نیروگاه اسمزی خود را در فوکوئوکا راه‌اندازی کرد که دومین نیروگاه از این نوع در جهان و اولین در آسیا است.

اداره آب منطقه فوکوئوکا اعلام کرد که این نیروگاه از ۵ آگوست فعالیت خود را آغاز کرده و انتظار می‌رود سالانه ۸۸۰ هزار کیلووات ساعت برق تولید کند که این برق به یک مرکز نمک‌زدایی که به شهر و مناطق مجاور خدمات‌رسانی می‌کند، منتقل خواهد شد.

این آژانس با توصیف انرژی اسمزی به عنوان «یک منبع انرژی تجدیدپذیر نسل بعدی که تحت تأثیر آب و هوا یا زمان روز قرار نمی‌گیرد و هیچ دی اکسید کربنی منتشر نمی‌کند»، این استارت‌آپ را گامی به سوی برق پاک شبانه‌روزی دانست.

آکیهیکو تانیوکا، استاد بازنشسته موسسه علوم توکیو، از طریق کیودو نیوز گفت: «از اینکه توانسته‌ایم این را به صورت عملی به کار ببریم، احساس غرور می‌کنم. امیدوارم نه تنها در ژاپن، بلکه در سراسر جهان گسترش یابد.»

دکتر علی آلتایی از دانشگاه فناوری سیدنی به گاردین گفت: نیروگاه فوکوئوکا تنها دومین نیروگاه از این نوع در جهان است و انتظار می‌رود تقریباً به ۲۲۰ خانوار ژاپنی برق برساند.

پیشرفت اخیر این فناوری پس از اولین نصب در مقیاس تجاری جهان در ماریاگر، دانمارک، که در سال ۲۰۲۳ به صورت آنلاین آغاز شد، رخ داده است.

نحوه کار نیروگاه فوکوئوکا

نیروگاه‌های اسمزی از همان اصل اسمز استفاده می‌کنند: آب از محلولی با غلظت کمتر به محلولی با غلظت بیشتر از طریق یک غشای نیمه‌تراوا حرکت می‌کند. در فوکوئوکا، برق از گرادیان شوری بین دو جریان قرار گرفته در دو طرف یک غشای نیمه‌تراوا تولید می‌شود.

در یک طرف، آب دریا که با استخراج آب شیرین ایجاد شده است، متمرکز شده است؛ در طرف دیگر، آب تصفیه شده از یک مرکز تصفیه فاضلاب قرار دارد. غشا به آب اجازه عبور می‌دهد، اما ناخالصی‌ها را مسدود می‌کند. با حرکت طبیعی آب به سمت سمت شورتر، فشار ایجاد می‌شود و برای چرخاندن توربین استفاده می‌شود که سپس یک ژنراتور را به حرکت در می‌آورد.

به گزارش کیودو نیوز، آژانس تأکید می‌کند که این رویکرد از تناوب انرژی باد و خورشید جلوگیری می‌کند و در نقطه تولید، دی‌اکسید کربن منتشر نمی‌کند.

زمینه جهانی و موانع فعلی

به گزارش گاردین، تأسیسات فوکوئوکا پس از اولین نیروگاه در دانمارک (۲۰۲۳) راه‌اندازی می‌شود. این تأسیسات پس از نمایش‌های مقیاس پایلوت در نروژ و کره جنوبی و همچنین ساخت نمونه‌های اولیه در سیدنی (UTS)، اسپانیا و قطر، راه‌اندازی شده است. اگرچه ایده ساده است، اما مقیاس‌پذیری آن دشوار بوده است.

همانطور که پروفسور ساندرا کنتیش به گاردین گفت: «در حالی که انرژی هنگام مخلوط شدن آب شور با آب شیرین آزاد می‌شود، انرژی زیادی در پمپاژ دو جریان به نیروگاه و از طریق اصطکاک در غشا‌ها از دست می‌رود. این بدان معناست که انرژی خالصی که می‌توان به دست آورد اندک است.»

او افزود: «همچنین قابل توجه است که این کارخانه ژاپنی از آب دریا غلیظ، یعنی آب نمکی که پس از حذف آب شیرین در یک کارخانه نمک‌زدایی باقی می‌ماند، به عنوان خوراک استفاده می‌کند که باعث افزایش اختلاف غلظت نمک و در نتیجه افزایش انرژی موجود می‌شود.»

از ایده تا استقرار: توضیح مختصر و گام بعدی

مفهوم انرژی اسمزی یا «آبی» دهه‌هاست که در حال توسعه است. در سال ۱۹۵۴، آر.‌ای. پتل برای اولین بار پتانسیل برداشت انرژی از اختلاط آب شیرین و شور را مطرح کرد. در دهه ۱۹۷۰، پروفسور سیدنی لوب، یکی از مخترعان نمک‌زدایی به روش اسمز معکوس، پس از مشاهده اختلاط طبیعی رودخانه اردن و دریای مرده، چارچوب اسمز با فشار کاهش‌یافته (PRO) را توسعه داد.

یکی از موانع اصلی، هزینه و کارایی غشا بوده است، زیرا به مساحت سطح وسیع و فشار بالا نیاز است و تلفات مربوط به فشار و اصطکاک، سود خالص را کاهش می‌دهد.

پیشرفت‌های اخیر با هدف مقابله با این محدودیت‌ها انجام شده است. غشا‌های اسمز مستقیم فیبر توخالی که توسط شرکت تویوبو توسعه داده شده‌اند، به گونه‌ای طراحی شده‌اند که به مولکول‌های آب اجازه عبور می‌دهند و در عین حال نمک‌ها و ناخالصی‌ها را دفع می‌کنند و راندمان کلی را در سیستم‌های مدرن بهبود می‌بخشند. این غشا‌ها در اولین نیروگاه اسمزی کاملاً فعال جهان در دانمارک مورد استفاده قرار گرفتند.

به موازات آن، رویکرد‌های نوظهوری مانند انتشار نانواسمزی یونی (INOD) از استارتاپ فرانسوی Sweetch Energy با استفاده از مواد اولیه زیستی و اصول انتشار نانواسمزی، گزینش‌پذیری یونی را افزایش داده و تلفات را کاهش می‌دهند و به سمت جذب انرژی آبی مقیاس‌پذیرتر گام برمی‌دارند.