آب شیرین کن

خلاصه

ثوال، عربستان سعودی – آب شیرین شده دریا رگ حیاتی عربستان سعودی است، هیچ جا بیشتر از دانشگاه علم و صنعت ملک عبدالله، یک مرکز تحقیقاتی که یک دهه پیش از بیابان خشک و خالی برخاسته است.

این آب از آب دریای سرخ مجاور که از طریق غشاهای جداکننده نمک عبور می‌کند، تولید می‌شود و به ساختمان‌های آزمایشگاهی درخشان دانشگاه و مغازه‌ها، رستوران‌ها و خانه‌های شیرینی‌پز محله‌های برنامه‌ریزی‌شده اطراف هدایت می‌شود. این درختان نخل که در خیابان های بی آلایش و زمین چمن در استادیوم ورزشی 5000 نفری قرار دارند را آبیاری می کند. جامعه استخرهای شنای نیز با صدها هزار گالن از آن پر شده است.

نمک زدایی تمام آب شیرین دانشگاه را تقریباً پنج میلیون گالن در روز تأمین می کند. اما این مقدار تنها بخش کوچکی از کل تولید عربستان سعودی است. فراتر از دیوارها و ایست های بازرسی امنیتی دانشگاه، آب شیرین شده حدود نیمی از ذخیره آب شیرین در این کشور 33 میلیون نفری را تشکیل می دهد که یکی از گرسنگی ترین کشورهای زمین است.

در سراسر جهان،

نمک زدایی به طور فزاینده ای به عنوان یکی از پاسخ های ممکن برای مشکلات کمیت و کیفیت آب می شود که با رشد جمعیت جهانی و گرمای شدید و خشکسالی طولانی مدت مرتبط با تغییرات آب و هوایی بدتر می شود.

منظور قدیر، دانشمند محیط زیست در برنامه توسعه آب و انسانی دانشگاه سازمان ملل است. این صنعت در حال رشد است. در پنج تا 10 سال آینده، کارخانه‌های نمک‌زدایی بیشتر و بیشتری خواهید دید.»

عربستان سعودی و سایر کشورهای خاورمیانه و شمال آفریقا در مرکز این رشد قرار دارند و پروژه های بزرگ نمک زدایی جدید برنامه ریزی شده یا در حال ساخت هستند. تجدیدپذیر آب در اکثر این کشورها در حال حاضر کاهش یافته است خوب زیر تعریف سازمان ملل از کمبود مطلق آب، که حدود 350 گالن برای هر نفر در روز است، و گزارش سال 2017 بانک جهانی نشان می دهد که تغییرات آب و هوایی بزرگترین عامل افزایش فشار بر منابع آب در آینده خواهد بود.

با این حال این سوال باقی می ماند که نمک زدایی در کجا رشد خواهد کرد. دکتر قادر گفت: «در کشورهای کم درآمد، تقریباً هیچ اتفاقی نمی افتد.

دلیل اصلی هزینه است. نمک زدایی همچنان گران است، زیرا به مقادیر زیادی انرژی نیاز دارد. برای مقرون‌به‌صرفه‌تر کردن و در دسترس‌تر کردن آن، محققان در سراسر جهان در حال مطالعه چگونگی بهبود فرآیندهای نمک‌زدایی، ابداع غشاهای مؤثرتر و بادوام‌تر، به عنوان مثال، تولید آب بیشتر در واحد انرژی، و راه‌های بهتر برای مقابله با آب نمک بسیار غلیظ هستند . باقی.

در حال حاضر، نمک زدایی تا حد زیادی محدود به کشورهای ثروتمندتر است، به ویژه کشورهایی که دارای سوخت های فسیلی فراوان و دسترسی به آب دریا هستند (اگرچه آب های شور در داخل کشور نیز می توانند نمک زدایی شوند). علاوه بر خاورمیانه و شمال آفریقا، نمک‌زدایی در بخش‌های تحت تنش آب ایالات متحده، به ویژه کالیفرنیا، و سایر کشورها از جمله اسپانیا، استرالیا و چین نفوذ کرده است.

نمک‌زدایی نیز هزینه‌های زیست‌محیطی دارد: در انتشار گازهای گلخانه‌ای از مقدار زیادی انرژی مصرف‌شده، و در دفع آب نمک، که علاوه بر نمکی بودن با مواد شیمیایی سمی درمان می شود .

با وجود عرضه بی حد و حصر از آب دریا، آب شیرین شده هنوز حدود 1 درصد از آب شیرین جهان را تشکیل می دهد.

آیا می خواهید اخبار آب و هوا را در صندوق ورودی خود داشته باشید؟ اینجا برای Climate Fwd: , خبرنامه ایمیل ما ثبت نام کنید.

حتی در عربستان سعودی، جایی که ذخایر عظیم نفت (و ثروت ناشی از آن) این کشور را به رهبر نمک‌زدایی در جهان تبدیل کرده است که مسئول حدود یک پنجم تولید جهانی است، این درک وجود دارد که این فرآیند باید مقرون به صرفه‌تر شود و پایدار. در دانشگاه اینجا، مهندسان به دنبال این هستند.

گفت:

«ما در تلاش هستیم تا فرآیندهای جدیدی را توسعه دهیم، انرژی کمتری مصرف کنیم و سازگارتر با محیط زیست باشیم. مرکز نمک‌زدایی و استفاده مجدد از آب محقق تی دانشگاهی که به عنوان کاوست شناخته می شود .

همانطور که از نام مرکز پیداست،

این درک نیز وجود دارد که تصفیه و استفاده مجدد از فاضلاب می تواند به کاهش استرس بر منابع آب کمک کند. Paul Buijs که به عنوان رابط بین محققان و صنعت در مرکز عمل می کند، گفت: “هر مکانی که نمک زدایی می کنید، باید از آب نیز استفاده مجدد کنید.”

در خارج از کارخانه اصلی نمک‌زدایی کاوست، که از فناوری به نام اسمز معکوس استفاده می‌کند، چهار مخزن عظیم پر از ناخالصی‌های شنی از آب دریا که از طریق خط لوله می‌رسد، فیلتر می‌کنند. در داخل، فریاد پمپ ها مانند آب کر است با فشار 70 برابر اتمسفر وارد چند صد لوله فولادی می شود که هر کدام مانند سوسیس با غشاهای مارپیچی پر شده است.

منافذ میکروسکوپی در غشاها به مولکول های آب اجازه عبور می دهند اما نمک و بسیاری از ناخالصی های دیگر را پشت سر می گذارند. آب تازه از لوله های پلاستیکی در انتهای هر لوله خارج می شود.

در سراسر جهان، تقریباً تمام دستگاه های نمک زدایی جدید از اسمز معکوس استفاده می کنند که نیم قرن پیش معرفی شد. در طول دهه‌ها، مهندسان از طریق توسعه کارخانه‌های بزرگ‌تر و غشاهای بهتر و روش‌های بازیابی انرژی، این فرآیند را بسیار کارآمدتر کرده‌اند و هزینه‌ها را به میزان قابل توجهی کاهش داده‌اند.

آقای Buijs گفت:

“معرفی غشاها در نمک زدایی بسیار مخرب بود.” با این حال، از دهه 1970 تا کنون، رسیدن به حداکثر ظرفیت روزانه حدود یک میلیون متر مکعب در روز طول کشیده است. 250 میلیون گالن ، در بزرگترین کارخانه ها.

او گفت: «این بسیار بزرگ است، اما هر گام 10 برابر بزرگتر تقریباً 15 تا 20 سال طول می کشد.»

همچنین محدودیت‌های ترمودینامیکی برای ساخت نیروگاه‌های کارآمدتر وجود دارد.

اگرچه نیروگاه های غشایی

از الکتریسیته زیادی استفاده می کنند، بیشتر برای پمپ ها، این انرژی می تواند از هر منبعی، از جمله خورشیدی، باد یا دیگر اشکال تجدید پذیر باشد.

دولت عربستان سعودی خود را متعهد به گسترش انرژی های تجدیدپذیر به عنوان بخشی از برنامه خود برای کاهش وابستگی به نفت و تنوع بخشیدن به اقتصاد تا سال 2030 کرده است. اما عناصر این طرح که به شدت بر سرمایه‌گذاری خارجی متکی است، به دلیل واکنش‌های بین‌المللی پس از ترور جمال خاشقجی، نویسنده مخالف سعودی، یک سال پیش .

تلاش ها برای ترکیب انرژی های تجدیدپذیر و نمک زدایی هنوز در مراحل اولیه است. یک موضوع ماهیت متناوب اکثر انواع انرژی های تجدیدپذیر است. یک کارخانه آب شیرین کن هنوز نیاز دارد منابع متعارف برق در شب یا زمانی که باد خفیف است.

توماس آلتمن، معاون فناوری ACWA Power که نیروگاه‌های نمک‌زدایی و برق را در سراسر جهان توسعه می‌دهد، مالک و راه‌اندازی می‌کند، گفت که نیروگاه‌هایی که ۲۴ ساعته با انرژی تجدیدپذیر کار می‌کنند همچنان یک هدف هستند.

با این حال، عربستان سعودی و سایر کشورها هنوز کارخانه‌های نمک‌زدایی زیادی دارند که از فناوری‌های حرارتی قدیمی‌تری استفاده می‌کنند که کاملاً به سوخت‌های فسیلی متکی هستند. به زبان ساده، این گیاهان آب دریا را می جوشانند و بخار حاصل را که آب شیرین است، متراکم می کنند.

نیروگاه های حرارتی

معمولاً در کنار نیروگاه های سوخت فسیلی قرار دارند و از گرمای اضافی حاصل از تولید برق برای تبدیل شدن به بخار آب دریا استفاده می کنند. در فوق العاده استفاده کنید مقدار انرژی – در سال 2009، وزیر آب و برق عربستان برآورد کرد که یک چهارم کل نفت و گاز تولید شده در این کشور برای تولید برق و تولید آب شیرین استفاده می شود.

و گالن به ازای گالن، نیروگاه های حرارتی در حال حاضر بسیار گران تر از کارخانه های غشایی هستند. اما از آنجایی که برخی از گیاهان حرارتی حداقل یک ربع قرن از عمرشان باقی مانده است، محققان در Kaust در حال کار بر روی راه هایی برای کارآمدتر کردن آنها هستند.

یک کارخانه آزمایشی کوچک در یکی از ساختمان های تحقیقاتی از انرژی خورشیدی برای گرم کردن مستقیم آب استفاده می کند. این پروژه که توسط محمد وکیل شهزاد، دانشمند پژوهشی اداره می شود، نیز گسترش می یابد محدوده دمای عملیاتی، به طور موثر آب شیرین بسیار بیشتری نسبت به یک طراحی حرارتی معمولی تولید می کند.

دکتر شهزاد و دیگران در حال طراحی یک نسخه کوچک شده از سیستم برای یک کارخانه آب شیرین کن موجود دریای سرخ هستند. او گفت: «ما در نقطه‌ای هستیم که باید به دنبال راه‌حل‌های خارج از چارچوب برای دستیابی به تولید آب پایدار برای منابع آینده باشیم.»

صرف نظر از روش مورد استفاده، همه گیاهان آب نمک غلیظ را به عنوان یک محصول زائد تولید می کنند. دکتر قدیر از دانشگاه ملل متحد نویسنده یک مطالعه اخیر بود که نشان داد حجم آب نمک بیشتر از تخمین های بیشتر صنعت است – به طور متوسط، یک و نیم گالن برای هر گالن آب شیرین تولید شده.

رایج ترین روش فعلی پمپاژ آب نمک به دریا است. اما آب بسیار شور می تواند به علف های دریایی و لارو ماهی آسیب برساند و می تواند لایه های فاقد اکسیژن در آب ایجاد کند که می تواند به دیگر موجودات دریایی آسیب برساند یا آنها را بکشد.

این صنعت استدلال می کند

که اگر به درستی انجام شود، مکان یابی لوله های خروجی به درستی و تجهیز آنها به دیفیوزرها و سایر دستگاه ها برای رقیق کردن فوری آب نمک، می توان از اکثر مشکلات اجتناب کرد.

روش دیگر این است که سعی کنید با آب نمک کاری غیر از دور انداختن آن انجام دهید.

نیکولای ووچکوف، مشاور فنی شرکت تبدیل آب شور، یک شرکت دولتی که بزرگ‌ترین تولیدکننده آب شیرین‌کن در جهان است و مسئول سه‌چهارم عربستان سعودی است، گفت: ما معتقدیم که آب نمک فقط برای تخلیه نیست. تولید عربستان این همان کاری است که ما امروز با آن انجام می دهیم. اما در واقع منبع بسیار ارزشمندی از مواد معدنی است.»

در مؤسسه تحقیقاتی این شرکت در سواحل خلیج فارس، دانشمندان در حال مطالعه راه هایی برای استخراج برخی از این مواد معدنی هستند. اهداف واضح کلسیم و منیزیم هستند که به طور طبیعی در آب دریا وجود دارند و از طریق فرآیند نمک زدایی در آب نمک باقی می مانند. اما به دلایل بهداشتی و برای کاهش خوردگی در لوله های توزیع، مواد معدنی باید دوباره اضافه شوند به آب شیرین شده

روش فعلی برای انجام این کار، خرید آنها از جای دیگر است. اما چرا به جای آن کلسیم و منیزیم را از آب نمک برداشت نکنیم؟

آقای ووچکوف گفت: “مواد شیمیایی مورد نیاز برای معدنی سازی مجدد آب را از خود آب استخراج کنید.” “هدف ما این است.”