تولید آب شیرین با نور خورشید
با پیشرفت علم و فناوری، امروزه دستگاه جدیدی برای تقطیر آب ابداع شده است که بوسیله انرژی خورشیدی کار میکند. این دستگاه میتواند دو برابر دستگاههای دیگر تصفیه آب، خروجی داشته باشد. همچنین محققان نوع دیگری از این آب شیرین کن های خورشیدی را ساخته اند که مجهز به کاغذ آغشته به کربن میباشد. این کار باعث افزایش کارایی تصفیه‌کننده و جدا شدن بهتر نمک و دیگر املاح آب شده و آب را برای آشامیدن آماده میکند.
این ایده در تاریخ ۳۰ ژانویه‌ی سال ۲۰۱۷ در ژورنال Global Challenges مطرح شد. از مزیتهای اصلی این روش میتوان به استفاده حداکثری از انرژی خورشید اشاره داشت، درحالی که گرمای ازدست رفته به حداقل خود برسد. این وسیله از گرمای خورشید استفاده میکند تا آب را تمیز یا نمک آن را جدا کند.
فرایند شیرین سازی آب توسط نور خورشید در سه مرحله صورت می‌پذیرد
- آب به‌وسیله گرمای خورشید تبخیر میشود.
- هنگامی‌که تبخیر صورت می‌گیرد، باکتری، نمک و دیگر اجزای ناخواسته در ظرف باقی می‌مانند.
- هنگامی‌که بخار سرد و به مایع تبدیل شد، در ظرف دیگری ذخیره میشود.
محققان يک شرکت دانش بنيان در پارک علم و فناوري خليج فارس پس از ۲ سال تلاش، موفق به طراحي و ساخت ۴ مدل دستگاه آب شيرين کن خورشيدي شدند. ايران دومين کشور جهان پس از استرالياست که موفق به ساخت چنين دستگاهي شده‌است.
اين دستگاه ها آب شور دريا را با بهره گيري از انرژي خورشيدي به آب شيرين تبديل مي کند و آب شيرين توليد شده داراي مصارف کشاورزي و شرب است. در حال حاضر در پي سفارش هاي دريافتي، اين دستگاه ها براي استفاده در مناطق جنوبي کشور به توليد تجاري رسيده است. همچنين يک نمونه صنعتي آن در پارک علم و فناوري خليج فارس و يک نمونه ديگر در يک واحد صنعتي در تهران نصب شده است.
اساس کار اين دستگاه هاي آب شيرين کن خورشيدي، استفاده از روش تبخير و ميعان است اما بسته به نوع مکاني که قرار است در آن استفاده شود، بهينه سازي مي شود. هم اکنون استراليا تنها کشوري است که به طور وسيع از اين فناوري استفاده کرده است، به گونه اي که يک سوم آب مصرفي جنوب استراليا از آب دريا و اقيانوس تأمين مي شود.
مزایای عمده آب شیرین کن خورشیدی عبارتند از
- قابلیت تبدیل آبهای بسیار شور به آب شیرین
- کارکرد مناسب بدون نیاز به انرژیهای فسیلی
- کمترین (حداقل)میزان پسآب
- نصب و نگهداری آسان
- طول عمر بالا
- قیمت ارزان و اقتصادی
آب شیرین کن خورشیدی این امکان را فراهم آورده است که مردم آب آشامیدنی خود را به وسیله‌ی پنل‌های خورشیدی روی سقف منازل خود تولید کنند؛ دقیقا همان‌طوری که برق خود را تأمین میکنند.
در سال های اخیر با پیشرفت ساخت و رشد تکنولوژی، قیمت انرژی خورشید کاهش چشم گیری داشته است. امروزه صدها واحد تصفیه آب خورشیدی در صدد ساخت و یا در حال کار میباشد.
دستگاه تصفیه آب خورشیدی
دستگاه تصفیه آب خورشیدی از نظر ساختمان در دو دسته کلی مستقیم و غیر مستقیم قرار دارد. در روش مستقیم فقط انرژی حرارتی خورشید بکار میرود و در روش غیر مستقیم از انرژی های کمکی شامل انرژی حرارتی خورشید و انرژی برق استفاده میشود.
امروزه به دلیل پروژه های بزرگ تولید آب شیرین از آب دریا، با توجه به بازده انرژی و ظرفیت تولید زیاد آب، انرژی خورشید به طور غیرمستقیم بیشتر بکار میرود. طرح های مختلفی برای شیرین کردن آب دریا وجود دارد که روش های انجماد، تبخیر و غشایی معمول تر از بقیه میباشد.
طبق گزارشات در نزدیک دبی یک پارک خورشیدی ساخته شده که دارای واحد تصفیه آب است. این مجموعه شامل باتری و یک ردیف پنل خورشیدی میباشد که در روز 13200 گالن آب آشامیدنی تولید میکند و این مقدار نسبت به دیگر واحدهای تصفیه آب خورشیدی در سایر کشورها بسیار زیاد است.
فضای لازم برای قرار دادن ردیف های پنل های خورشیدی، عامل دیگری است که باعث شده این انرژی بسیار پر هزینه باشد. به همین دلیل اگر این واحدهای تصفیه آب در مقیاس کوچکتر ساخته شوند، ممکن است به صرفه تر باشد. به عنوان مثال واحدهای کوچکی در دانشگاه کالیفرنیا، جهت تصفیه ی آب کشاورزی برای اهالی ساکن نزدیک این زمین ها در حال ساخت و توسعه میباشد.
یکی از دلایل دیگر این است که واحدهای بزرگ برای تصفیه آب دریا از روش اسمزی استفاده میکنند. یعنی برای جدا کردن نمک، آب شور را با فشار زیاد از لایهی دیافراگمی پلیمر عبور میدهند؛ در حالی که واحدهایی برای تصفیه از گرما دادن و بخار آب استفاده میکنند که از نظر اقتصادی نسبت به تولید آب از شبکه برقی به صرفه تر میباشد.
در کالیفرنیا که یک ایالت خشکی زده است، 54 میلیون گالن آب در روز به ازای یک میلیارد دلار هزینه تولید میشود. در خاورمیانه نیز 160 میلیون گالن آب در واحد دیگر تولید میشود. اما این نیروگاه ها اثرات منفی دارند. هرچند که این نیروگاه ها از انتشار گازهای گلخانه ای جلوگیری میکنند ولی باعث خشکی میشوند.
به عنوان مثال در عربستان سعودی برای تولید آب شیرین از دریا روزانه 300 هزار بشکه نفت سوزانده میشود که معادل 60 درصد مصرف این کشور است و تجدیدپذیر نمیباشد. به همین دلیل نه تنها کشورهای خشک خاورمیانه بلکه تمام کشورهای دنیا باید راهی برای تولید آب شیرین پیدا کنند.
دستاوردهای جدید تولید آب شیرین با استفاده از نور خورشید
پژوهشگران آمریکایی دستگاههای جدیدی را با استفاده از ترکیبات نوآورانه نور خورشید و هیدروژل ها ساخته اند که توانایی تبدیل آب هر منبعی را به آب شرب و تولید آب شیرین دارد. امروزه دستیابی به آب آشامیدنی سالم یکی از بزرگترین مشکل کشورهای در حال توسعه میباشد؛ در حالیکه محققان دانشگاه تگزاس به فناوری های جدیدی دست یافته اند که میتوانند از ده ها هزار مرگ و میر در سال جلوگیری کرده و تولید آب شیرین را با کمترین هزینه انجام دهند. در این فناوری از انرژی خورشیدی محیط برای حذف ناخالصی ها و تبخیر آب استفاده شده و از نظر اقتصادی نیز ارزان قیمت است.
این دستگاه جدید تصفیه کننده آب چند ماده ی هیبرید ژل- پلیمر را با هم ترکیب میکند که هر دو ماده خصوصیت های هیدرولیکی (جذب آب) و نیمه هادی (جاذب خورشیدی) دارند. این ژل ها ساختار نانویی دارند که موجب میشود از انرژی خورشیدی کمتر استفاده شود و بخار آب بیشتری تولید کرد بدون آنکه به مجموعه پیچیده ای از ابزارهای نوری که دستگاه ها برای متمرکز کردن نور خورشید بکار میبرند، نیاز باشد.
جهت آزمایش این دستگاه، محققان برای شیرین سازی و تصفیه آب شور دریای مرده که شوری آن 8 تا 9 برابر بیشتر از آب اقیانوس است، استفاده کرده اند. به گفته ی محققان نتیجه ی این آزمایش موفقیت آمیز بوده و آب آشامیدنی تولید شده از این دستگاه دارای تمام استاندارد های آب آشامیدنی که از طرف سازمان بهداشت جهانی و سازمان حفاظت از محیط زیست آمریکا قابل قبول باشد را دارا است.
