مشکل کم‌آبی با این اختراع حل می‌شود؟

شرکت Oasys Water که در زمینه تصفیه آب و آب رسانی فعالیت می‌کند، با ابداع یک فناوری نمک‌زدایی جدید و کم هزینه، ماه گذشته از تاسیسات تصفیه آب جدید در شهر بوستون پرده‌برداری کرد. این شرکت که در ماه‌های اخیر به ارائه اجزای سیستم خود در مقیاس تجاری اقدام نموده، قصد دارد تا سیستم کاملی را در سال آینده امتحان کند و تا پایان سال 2011 / 1390 فروش سیستم‌های خود را آغاز نماید.

به گزارش تکنولوژی رویو، در حال حاضر نمک‌زدایی عموما به یکی از دو روش زیر انجام می‌شود: آب را حرارت می‌دهند تا بخار شود (فرایند حرارتی)، یا آن را با فشار از میان غشائی عبور می‌دهند که به یون‌های نمک اجازه رد شدن نمی‌دهد (اسمز معکوس). روش اواسیس، ترکیبی از اسمز عادی و حرارت است تا آب دریا را به آب آشامیدنی تبدیل کند.

در این روش، در یک سمت غشاء آب دریا و در طرف دیگر، محلولی با غلظت بالای دی‌اکسید کربن و آمونیاک قرار دارد. آب به طور طبیعی به سمت این محلول کشنده غلیظ حرکت می‌کند، ولی غشاء مانع از عبور نمک و سایر ناخالصی‌ها می‌شود. مخلوط بدست آمده سپس حرارت داده می‌شود که باعث می‌شود دی‌اکسید کربن و آمونیاک تبخیر شوند. درنهایت، آب شیرین باقی می‌ماند و دی‌اکسید کربن و آمونیاک جمع‌آوری و مجددا استفاده می‌شوند.

این شرکت ادعا می‌کند که فناوری جدید آنها نه تنها نمک‌زدایی را در مناطق کم‌آبی که هیچ گزینه دیگری وجود ندارد، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه می‌کند؛ بلکه برای مناطقی که آب شیرین را باید برای مسافت‌های طولانی منتقل کرد نیز صرفه اقتصادی دارد؛ حتی در ایالت کالیفرنیا آمریکا که در حال حاضر یک سیستم کانال انتقال عظیم، حجم زیادی از آب را از شمال به جنوب منتقل می‌کند.

رابرت مک‌گینیز، مسئول بخش فناوری و از بنیان‌گذاران شرکت اواسیس می‌گوید: «هزینه این فناوری به اندازه کافی پایین است که باعث شود پروژه‌های احداث سد و کانال‌های انتقال آب در مقایسه با آن بسیار گران به نظر برسند. این فرایند همچنین به انرژی به مراتب کمتری در مقایسه با سایر گزینه‌های نمک‌زدایی نیاز دارد. مصرف سوخت و انتشار کربن این فناوری در مقایسه با سایر گزینه‌ها، بسیار کمتر و در حد یک دریاچه یا آبخوان محلی است.»

محلول جادویی، غشاء حیرت‌انگیز

نکته کلیدی در عملکرد این فناوری، ساخت محلولی کِشنده بود که مواد حل شده آن را به راحتی بتوان جدا کرد؛ کاری که در آزمایشگاهی در دانشگاه ییل انجام شد. مک‌گینیز می‌گوید: «افراد دیگر نیز تلاش کرده‌اند تا محلول‌هایی را برای نمک‌زدایی تولید کنند، اما تاکنون موفق نبوده‌اند.»

مهم‌ترین چالش فنی بعدی خلق یک غشاء بود. غشاهایی که در فرایند اسمز معکوس استفاده می‌شوند برای این کار مناسب نبودند، زیرا آنها بهترین عملکرد خود را در فشارهای بالا نشان می‌دهند. اسمز عادی از فشار بالا استفاده نمی‌کند لذا حرکت آب از میان این غشاها به اندازه‌ای کند است که سیستم عملا قابل استفاده نیست. مک‌گینیز و همکارانش غشاها را مجددا طراحی کردند. آنها بدون اینکه لایه نازک سدکننده مسیر نمک‌ها را تغییر دهند، ضخامت مواد تقویتی غشاء را کاهش و تخلخل آن را افزایش دادند. این تغییرات باعث شد تا آب بتواند با سرعتی 25 برابر بیشتر از میان غشاء عبور کند.

به گفته مک‌گینیز، این سیستم از انرژی بسیار کمتری در مقایسه با نمک‌زدایی حرارتی استفاده می‌کند. محلول کشنده را تنها باید تا 40 الی 50 درجه سانتی‌گراد گرم کرد، در حالی‌که سیستم‌های حرارتی آب را تا دمای 70 تا 100 درجه سانتی‌گراد گرم می‌کنند. این دماهای پایین را با استفاده از گرمای هدر رفته نیروگاه‌های برق می‌توان تامین کرد. نمک‌زداهای حرارتی فعلی اغلب در نیروگاه‌های برق مستقر هستند، اما تولید گرمای کافی برای آنها احتیاج به مصرف سوخت بیشتری دارد. اما سیستم جدید می‌تواند با استفاده از گرمای زائدی که در جو رها شده است کار کند.

در مقایسه با سیستم‌های اسمز معکوس، به دلیل عدم نیاز به فشارهای بالا، سیستم اواسیس تنها به یک دهم الکتریسیته مورد نیاز این سیستم‌ها احتیاج دارد. این یک نکته کلیدی است، زیرا هزینه‌های برق نزدیک نیمی از هزینه‌های روش اسمز معکوس را شامل می‌شود. عدم نیاز به فشارهای بالا، هزینه ساخت سایت نمک‌زدایی را نیز کاهش می‌دهد زیرا دیگر نیازی به لوله‌های گرانقیمت تحت فشار نیست. ترکیب مصرف انرژی پایین‌تر و تجهیزات ارزان‌تر منجر به کاهش کل هزینه‌ها می‌شود.

ارزان یا گران؟

البته سیستم اواسیس به درد همه مصرف‌کنندگان نمی‌خورد. به عنوان مثال اگرچه کشاورزان 80 درصد آب شیرین دنیا را مصرف می‌کنند، اما به دلیل اینکه اغلب در نزدیک آبخوان‌ها یا سایر منابع آبی قرار دارند، این سیستم برای آنها صرفه اقتصادی ندارد. پیتر گلیک، رییس موسسه اقیانوس آرام که در زمینه توسعه، محیط‌زیست و ایمنی فعالیت می‌کند در این باره می‌گوید: «برای حذف یون‌های نمک از آب، یک حداقلی از انرژی لازم است. من تصور نمی‌کنم که این روش‌ها هیچ‌گاه به اندازه کافی برای کشاورزی ارزان بشوند. در محل‌هایی که آب کمی وجود دارد، ارزان‌ترین راه استفاده از شیوه‌های بهتر آبیاری است.»

با این وجود، کنت هرد، مدیر برنامه تامین آب در منطقه جنوب غربی فلوریدا می‌گوید: «با رشد شهرهای ساحلی و افزایش نیاز آنان به نمک‌زدایی، دیگر مساله چرا در میان نیست، بلکه مساله زمان در میان است.»