چشم‌انداز آب‌شیرین‌کن‌های هسته‌ای از ژاپن تا پاکستان/ فناوری هسته‌ای می‌توانست بخشی از راه‌حل بحران آب در ایران باشد؟

 به گزارش گروه اقتصادی خبرگزاری دانشجو، آب آشامیدنی یکی از اصلی‌ترین نیازهای مردم برای زندگی برمبنای توسعه پایدار است اما باید توجه داشت که منابع آب شیرین بسیار محدود هستند.

درواقع از کل آب موجود در کره زمین تنها ۲.۵ درصد آب شیرین است و مابقی آن آب شور دریاهاست. دوسوم این ۲.۵ درصد نیز در یخ‌های قطبی و یخچال‌ها حبس شده‌اند.

از یک سوم مابقی این ۲.۵ درصد، ۲۰ درصد آن در مناطقی است که دسترسی به آنها آسان نیست و ۶۰ درصد آن نیز شامل آب باران می‌شود که در بسیاری از موارد در زمان و مکان نامناسب فرود می‌آید و به عنوان مثال در موسم‌های بارانی به ایجاد سیل می‌انجامند، بنابراین قابل استفاده نیستند. در نتیجه تنها ۰.۰۸ درصد کل آب موجود در جهان برای انسان قابل آشامیدن است.

افزایش جمعیت در کنار بالا رفتن فعالیت‌های کشاورزی و صنعتی به آلوده شدن روزافزون همین میزان کم منابع آب قابل شرب منجر شده است.

در حال حاضر کمبود آب و آلودگی منابع آبی به یکی از بزرگ‌ترین مشکلات جوامع شهری و به خصوص کلانشهرها بدل شده است.

در حال حاضر بیش از ۲.۳ میلیارد نفر از مردم جهان در مناطق کم‌آب زندگی می‌کنند که ۱.۷ میلیارد نفر از آنها در مناطقی زندگی می‌کنند که با کمبود جدی آب مواجه هستند و سرانه میزان آب موجود در این مناطق کمتر از هزار مترمکعب در سال است.

* تا چند سال‌آینده 3.5 میلیارد نفر از مردم جهان با مشکل آب روبرو خواهند شد

پیش‌بینی‌ها حاکی از آن است که در سال ۲۰۲۵ جمعیت در مناطق کم‌آب جهان به ۳.۵ میلیارد نفر خواهد رسید که از این بین ۲.۴ میلیارد نفر از آنها در مناطق با کمبود آب شدید زندگی خواهند کرد.

به طور کلی کمبود آب یک مشکل بزرگ جهانی است و هر ساله شاهد آن هستیم که کشورهای جدیدی به جمع کشورهای کم‌آب جهان اضافه می‌شوند.

بسیاری از کشورها هم‌اکنون با مشکل کمبود بی‌سابقه آب آشامیدنی و مشکل در تأمین برق مواجه هستند؛ چراکه سطح آب سدهای آنها به میزان قابل توجهی کاهش یافته است.

بنا به گزارش بانک جهانی کشورهای در حال توسعه روزبه‌روز با کمبود بیشتر آب مواجه می‌شوند که اصلی‌ترین دلیل آن افزایش روزافزون جمعیت است و بر همین اساس آب به موضوعی کلیدی برای توسعه این جوامع بدل شده است.

آب‌های سطحی در بسیاری از کشورهای جهان بیش از حد مورد بهره‌برداری قرار گرفته و در بسیاری از مناطق آلوده شده است.

بخش قابل توجهی از تأسیسات تأمین و تصفیه آب در کشورها نیز در شرایط بد نگهداری و تعمیرات قرار دارند و به همین دلیل مجموع نظام مدیریت منابع آب در بسیاری از کشورها از نظر اقتصادی پایدار نخواهد بود.

در حال حاضر از مجموع ۲۵ کشور با بیشترین جمعیت در جهان، آفریقای جنوبی، مصر و پاکستان بیشترین کمبود آب را دارند.

برای حل این مشکل راه‌های مختلفی بر اساس شرایط جغرافیایی کشورها وجود دارد که از جمله آنها می‌توان به انتقال آب بین مناطق مختلف، بازیافت و استفاده از پسماندهای آب شهری در مصارف صنعت و کشاورزی و همچنین بهبود مدیریت منابع آب اشاره کرد.

*شیرین کردن‌آب شور دریاها یکی از راه حل‌های مهم برای تأمین آب شیرین

شیرین کردن آب شور دریاها نیز یکی از مهم‌ترین راه‌های غیرمتعارف برای تأمین آب آشامیدنی کشورها به خصوص در مناطق ساحلی است و نقش بسیار تعیین‌کننده‌ای را در حل مشکل کمبود آب در شهرها ایفا می‌کند.

عربستان سعودی یکی از کشورهایی است که برای تأمین آب شیرین مورد نیاز برای مردم خود به سراغ ساخت تأسیسات شیرین کننده آب رفته است. این کشور روزانه 2 میلیون بشکه نفت خام برای تأمین انرژی مورد نیاز این تأسیسات اختصاص می دهد.

به طور کل می‌توان ادعا کرد استفاده از آب دریا و شیرین کردن یکی از بهترین راه‌حل‌هایی است که برای تأمین آب در بسیاری از کشورها می توان به آن پرداخت. 

*انرژی هسته‌ای جایگزین مناسب سوخت‌های فسیلی در شیرین کردن آب دریا

با توجه به محدود بودن منابع سوخت‌های فسیلی و تأثیر استفاده از آنها بر ایجاد آلودگی و گازهای گلخانه‌ای، استفاده از انرژی هسته‌ای به عنوان یک جایگزین مناسب سوخت‌های فسیلی برای شیرین کردن آب دریا می‌تواند یکی از بهترین گزینه‌ها باشد.

استفاده از این منبع انرژی می‌تواند جایگزینی پاک‌تر و ایمن‌تر برای شیرین کردن آب دریاها در نظر گرفته شود.

در حال حاضر چشم‌انداز استفاده از انرژی هسته‌ای برای شیرین کردن آب دریاها بسیار جذاب است؛ چراکه می‌توان از گرمای ایجادشده ناشی از گداخت هسته‌ای در قلب رآکتورهای نیروگاه‌های هسته‌ای تولید برق، برای شیرین کردن آب نیز استفاده کرد. از سوی دیگر حتی از برق حاصل از فعالیت این نیروگاه‌ها نیز می‌توان برای شیرین کردن آب دریا بهره برد. 

به طورکلی شیرین کردن هسته‌ای آب دریا شامل تبدیل آب شور دریا به آب شیرین قابل آشامیدن در یک نیروگاه یا تأسیسات هسته‌ای است. از گرمای رآکتور هسته‌ای یا برق تولیدشده از آنها در روند شیرین کردن آب استفاده می شود.

*تأسیسات هسته ای هم می توانند برق تولید کنند و هم آب دریا را شیرین کنند

این تأسیسات می‌توانند هم به طور اختصاصی برای شیرین کردن آب ساخته شوند و هم شیرین کردن آب به عنوان کاربرد دوم آنها در کنار تولید برق محسوب شود. 

ذکر این نکته لازم است که در زمانی که هسته رآکتور در نیروگاه های برق هسته ای به بالاترین حد توان تولید نیروی خود می رسد،‌ برای جلوگیری از بالا رفتن بیش از حد دمای آن و انفجار احتمالی رآکتور از جریان آب که معمولا آب دریاها است استفاده می شود و اصولا به همین دلیل است که این تأسیسات در نزیکی ساحل ساخته می شوند. 

به عبارت دیگر در این نیروگاه‌ها رآکتور هموار در مرکز یک استخر بزرگ آب قرار دارد که جریان آب موجود در آن گرمای ناشی از گداخت هسته ای را جذب می کند و دمای رآکتور را ثابت نگه‌ می‌دارد.

اگر از یک نیروگاه برق هسته‌ای برای شیرین کردن آب استفاده شود، رآکتور هسته‌ای در زمان تولید انرژی برای تولید برق آب اطراف خود را به دمای بالا رسانده و در کنار تولید برق می‌تواند آب دریا را بخار کرده و در یک روند که خیلی هم پیچیده نیست به آب شیرین تبدیل کند.

از سوی دیگر می‌توان تأسیساتی را ایجاد کرد که با استفاده از تولید برق هسته‌ای از این نیرو برای شیرین کردن آب در جایی دیگر بهره برد.

*فنآوری حرارتی و غشایی دو روش عمده شیرین کردن آب با انرژی هسته‌ای

فناوری‌های استفاده از انرژی هسته‌ای در شیرین کردن آب دریا شامل  نیروگاه‌های هسته‌ای شیرین‌کننده حرارتی و شیرین کردن غشایی است.

عمده‌ترین روش‌های حرارتی هسته‌ای برای شیرین کردن آب نیز شامل MSF و MED اشاره کرد. 

اساس روش شیرین کردن حرارتی هسته‌ای بسیار ساده است که شامل تبخیر و میعان آب است.

در روش MSF که ۶۰ درصد نیروگاه‌های هسته‌ای برای شیرین کردن آب از آن بهره می‌برند، آب دریا به درون استخر احاطه‌کننده رآکتور منتقل شده و پس از آنکه دمای آن افزایش یافت، بخشی از آب بخار شده و طی فرآیند میعان در طول یک پروسه به آب شیرین تبدیل می‌شود.

مهم‌ترین مزایای استفاده از این روش امکان استفاده از رآکتورهای با دمای پایین و همچنین ساده بودن ساخت تأسیسات آن است و این مزایا، این روش هسته‌ای شیرین کردن آب را از دیگر روش‌ها متمایز کرده است.  پایین بودن نرخ استفاده از لوله به کاهش امکان نشتی آب و در نتیجه آسان بودن روند نگهداری و تعمیرات تأسیسات آن می‌انجامد. 

در این روش آب در مراحل مختلف تبخیر و میعان شده و به همین دلیل بهره‌وری این روش بالاست. یکی دیگر از مزایای این روش این است که جهان تجربیات زیادی در استفاده از آن دارد و ابهامات زیادی در استفاده از آن نیست.

روش مهم‌ دیگر شیرین کردن هسته‌ای آب، استفاده از روش MED است. در این روش آب با استفاده از حرارت هسته‌ای به بخار تبدیل شده و با برخورد به دیواره سرد که در طرف دیگر آن مجدداً آب قرار دارد، از بخار به آب شیرین تبدیل می‌شود.

نکته حائز اهمیت در این روش این است که از انرژی ایجادشده برای بخار کردن آب اولیه در چندین مرحله برای بخار کردن حجم‌های مختلفی از آب استفاده می‌شود.

وقتی بخار آب در برخورد با جداره لوله که در طرف دیگر آن آب مایع قرار دارد از بخار به مایع تبدیل می‌شود، آب موجود در طرف دیگر دیواره با استفاده ازگرمای ایجادشده ناشی از تبدیل بخار آب به مایع در دیواره پشتی، به بخار تبدیل شده و این روند در چندین نوبت بین ۸ تا ۱۶ بار انجام می‌شود که به بالا رفتن بهره‌وری و افزایش ظرفیت شیرین کردن آب منجر می وشد. به عبارت دیگر روش‌های مدرن MED بیشترین بهره‌وری را در روش حرارتی هسته‌ای شیرین کردن آب دارند.

این روش دارای مزایای گوناگونی است که ازجمله آنها می‌توان به ارزان بودن تجهیزات موردنیاز و نیاز کم به بارگذاری‌های حرارتی اشاره کرد. در این روش همچنین سرعت راه‌اندازی تأسیسات بالا بوده و حرارت کمی به هدر می‌رود. 

در روش غشایی نیز که روش RO یا تجزیه الکتریکی نامیده می شود به طور خلاصه آب با فشار ایجادشده از برق هسته‌ای از درون غشاهای مختلف عبور داده شده و با عبور از آنها املاح خود و نمک موجود را از دست می‌دهد.

به‌طورکلی در روند شیرین کردن آب شور دریاها عدد میزان نمک محلول در آب دریا باید از ۳۵ هزار PPM به کمتر از هزار PPM کاهش یابد. 

یکی از کارشناسان آژانس بین‌المللی انرژی هسته‌ای طی گزارشی به استفاده از انرژی هسته‌ای در تبدیل کردن آب دریاها به آب شیرین پرداخته است.

وی می‌گوید: در حال حاضر کشورهایی نظیر قزاقستان، ژاپن، کره جنوبی،‌ آرژانتین، روسیه، هند، کانادا، پاکستان، آفریقای جنوبی و چین در حال استفاده از این سه روش متعارف برای شیرین کردن آب دریاها هستند.

بنا به اعلام انجمن جهانی انرژی هسته‌ای آمارها نشان می‌دهد حدود ۴۶ درصد کل نیروگاه‌های هسته‌ای در جهان در فاصله کمی از سواحل ساخته شده‌اند.

*هزینه تمام شده شیرین کردن‌آب با سوخت فسیلی 10 برابر استفاده از انرژی هسته‌ای

در گزارش ابراهیم خمیس آمده است: علی‌رغم اینکه ساخت نیروگاه‌های هسته‌ای یا تأسیسات هسته‌ای برای شیرین کردن آب به سرمایه بیشتری نسبت به تأسیسات متعارف شیرین کننده آب با سوخت فسیلی نیاز دارد، اما هزینه نهایی تولید آب شیرین با استفاده از تأسیسات هسته‌ای بسیار پایین‌تر از سوخت‌های فسیلی است، به عبارت دیگر علی‌رغم اینکه سرمایه اولیه ایجاد تأسیسات هسته‌ای برای شیرین کردن آب حدود دو برابر تأسیسات ذغال‌سنگی و ۵ برابر تأسیسات با سوخت‌های نفتی است، اما در نهایت هزینه سوخت مورد استفاده در تأسیسات هسته‌ای حدود یک‌پنجم تأسیسات ذغال‌سنگی و یک‌دهم تأسیسات نفتی است. 

در گزارش این کارشناس آژانس بین‌المللی انرژی اتمی آمده است؛ استفاده از انرژی هسته‌ای در شیرین کردن آب دریاها بیشترین بهره‌وری را داشته و کمترین بهره‌وری نیز مربوط به شیرین کردن آب با استفاده از سوخت‌های فسیلی است.

*اگر قیمت اورانیوم 2 برابر شود هزینه شیرین کردن آب فقط 5 درصد افزایش می یابد

در این گزارش تصریح شده است در صورتی که قیمت نفت یا گاز برای تأسیسات شیرین کردن آب با سوخت‌های فسیلی دو برابر شود هزینه تولید محصول نهایی ۷۰ درصد افزایش خواهد یافت اما در صورتی که قیمت اورانیوم برای تأسیسات هسته‌ای دو برابر شود هزینه نهایی شیرین کردن آب تنها ۵ درصد بالا خواهد رفت.

خمیس در انتهای گزارش خود آورده است که با توجه به نوسان بالای قیمت نفت و سوخت‌های فسیلی در جهان، علی‌رغم اینکه ایجاد نیروگاه‌های هسته‌ای و یا تأسیسات هسته‌ای تولید آب شیرین به سرمایه‌گذاری اولیه بیشتری نیاز دارد، اما قیمت تمام‌شده محصول نهایی آنها و هزینه بهره‌برداری آنها به مراتب کمتر از تأسیسات با سوخت فسیلی خواهد بود.