سیستم های تولید آب آشامیدنی قابل حمل و ارزان قیمت



در جهانی که به طور فزاینده ای گرم و شلوغ است ، آب پاک در حال تبدیل شدن به کالایی با ارزش است. دو سوم جمعیت جهان تا سال 2025 در دسترسی به آب شیرین مشکل خواهند داشت و حذف نمک و آلاینده ها از اقیانوس ها و آب های زیرزمینی یکی از راه های رفع عطش بشریت است.

با این وجود ساخت نیروگاه های بزرگ آب شیرین کن امروز میلیون ها دلار هزینه دارد. بیشتر آنها از اسمز معکوس استفاده می کنند ، که آب دریا را از طریق غشاهای مسدود کننده نمک وارد می کند. برق مورد نیاز تا نیمی از هزینه های نیروگاه است و این فرآیند یک سوپ فوق العاده شور ، سرشار از مواد شیمیایی و سوپ را ترک می کند که می تواند به اکوسیستم های محلی آسیب برساند. چنین تأسیساتی معمولاً از طریق سوختهای فسیلی ساطع کننده کربن تأمین می شوند. تلاش شده است (به ویژه در خاورمیانه ، آسیا و آفریقا) در عوض از صفحات خورشیدی استفاده شود ، اما این نیز ارزشمند است و به دفع مواد سمی نمی پردازد.

بنابراین محققان سعی در استفاده مستقیم از گرمای خورشید برای حذف نمک و سایر آلاینده ها دارند. ساده ترین گزینه این است که اجازه دهید آب با ترک نمک ها و مواد شیمیایی آب تبخیر شود و سپس بخار موجود در آب تمیز را متراکم کنید. صدها سال مردم از نسخه هایی از این روش به نام تقطیر خورشیدی استفاده کرده اند. امروز مهندسان سعودی قصد دارند کارخانه ای با آینه های غول پیکر احداث کنند که نور خورشید را متمرکز کرده و آب را در گنبد فولادی و شیشه ای به طول بیش از 50 متر گرم می کند.

اما با استفاده از مواد و طرح های جدید ، محققان در تلاشند فرآیند را به اندازه کافی ارزان تر ، ساده تر و قابل حمل تر کنند تا نمک زدایی با کیفیت بالا به مراتب مقرون به صرفه تر در سراسر جهان باشد. نائومی هالاس ، مهندس برق و مهندس کامپیوتر در دانشگاه رایس گفت: “نیاز به آب تمیز در کشورهای در حال توسعه بسیار زیاد است.” “فن آوری های حرارتی خورشیدی به شما امکان می دهد نیازهای انرژی آب شیرین کن را کاهش دهید ، اما این کار را در مکان های دور افتاده که کاملا از شبکه خارج هستید انجام دهید.

وزارت انرژی ایالات متحده به زودی نیمه نهایی ها را برای جایزه خود برای نمک زدایی خورشیدی اعلام خواهد کرد. هدف: سیستمی است که 1000 لیتر آب قابل استفاده با قیمت 1.50 دلار تولید می کند. Qilin Li ، مهندس عمران و محیط زیست در Rice گفت: “امروز هیچ فناوری با این هزینه ها قادر به مدیریت آب با شوری بالا نیست.”

کریگ تورچی از آزمایشگاه ملی انرژی های تجدیدپذیر (DOR) می گوید: چنین سیستم هایی می توانند بر یک عیب بزرگ اسمز معکوس غلبه کنند: این ماده معمولاً فقط نیمی از آب نمک ورودی را نمک زدایی می کند و محلول باقی مانده در نهایت به اندازه کافی نمک جمع می کند تا غشا را مسدود کند. این محصول جانبی مضر که به آن آب نمک گفته می شود ، معمولاً در اقیانوس ریخته می شود یا به زیر زمین تزریق می شود. سیستم های نمک زدایی با حرارت خورشیدی می توانند آب را با غلظت نمک حداقل دو برابر آب دریا تصفیه کنند. مگان هیوز ، سخنگوی NREL می گوید: این شامل اسمز معکوس و آب نمک شور آب زیرزمینی از مکانهایی مانند جنوب غربی ایالات متحده و همچنین برخی از زباله های صنعتی و کشاورزی است که اسمز معکوس نمی تواند از عهده آنها برآید: “در اصل ، فقط فن آوری های حرارتی مانند اینها هستیم با تلاش برای توسعه از طریق این برنامه ، می توانیم این نمکهای بسیار متمرکز را پردازش کنیم. “

لی ، هالاس و همکارانشان دستگاه نمک زدایی خورشیدی با غشای پلاستیکی متخلخل ساخته اند که بخار آب را عبور می دهد اما مایع نیست. یک طرف آن با ذرات ریز کربن پوشیده شده است که در آفتاب گرم می شوند و در اثر تماس نمک با آب ، آنها را تبخیر می کنند. این بخار مانند آب خالص در طرف دیگر غشا passes عبور کرده و متراکم می شود. گروه هالاس اخیراً با استفاده از لنزهای پلاستیکی برای ایجاد تابش نور خورشید بر روی غشا ، کارایی سیستم را 50 درصد افزایش داده و گرمای بیشتری تولید می کنند.

محاسبات این تیم نشان می دهد که دستیابی به هدف هزینه DOE با دستگاهی با متر مربع که حداکثر 20 لیتر آب در ساعت تولید می کند ، باید ظرف چند سال امکان پذیر باشد. هالاس می گوید: “ما در مرحله Ford Model T هستیم – هنوز موستانگ نیست.” “اما این به اندازه کافی خوب است که ما شروع به جلب علاقه تجاری می کنیم.”

تیم مهندس عمران و محیط زیست دیوید جاسبی از دانشگاه کالیفرنیا ، لس آنجلس ، مواد رسانای حرارتی را در یک محیط مشابه در غشا integrated ادغام کردند. در زیر آن ، محققان یک شبکه آلومینیومی خوب اضافه کردند که در زیر نور خورشید گرم می شود. وی می گوید: بنابراین می توانید غشا را به داخل ماژول های مارپیچی بپیچید زیرا لازم نیست سطح زیادی در معرض آفتاب باشید. در آزمایش های سقف ، دستگاه در هر ساعت هشت لیتر آب شیرین در هر متر مربع غشا تولید می کند.

چنین سیستم هایی می توانند تقریباً در همه جا به واحدهای جمع و جور مناسب برای روستاهای خارج از شهر در آسیا و آفریقا ، جوامع آب زیرزمینی شور و اهداف اضطراری برون سپاری شوند. لنان ژانگ ، دانشجوی آزمایشگاه مهندس مکانیک اِولین وانگ در انستیتوی فناوری ماساچوست می گوید ، اما آنها باید سرعت خود را افزایش دهند و گرمای خورشید بیشتری را به بخار تبدیل کنند.

ژانگ گفت که تیم وانگ با “استفاده مجدد و مکرر از انرژی” کارایی دستگاه خود را افزایش می دهد. شامل 10 مرحله ، هر یک از قاب های پلاستیکی حاوی یک لایه جذب کننده آفتاب سیاه ، یک حوله کاغذی و فویل آلومینیوم است. هنگامی که گرم می شود ، لایه سیاه هنگامی که در حوله کاغذی مکیده می شود ، آب نمک را بخار می کند و بخار روی آلومینیوم متراکم می شود. میعان گرما را آزاد می کند ، و به لایه بعدی حوله های کاغذی رسیده و به جای از بین رفتن ، به تبخیر کمک می کند. تنظیمات 100 دلار تقریباً شش لیتر در ساعت در آزمایشگاه و تقریباً نیمی از آن را در فضای باز می دهد. ژانگ می گوید ، با مواد و صحنه های پیچیده تر ، کارایی می تواند دو برابر شود.

یک رویکرد جذاب دیگر با عبور هوا از آب نمک از مرطوب سازی بهره می برد. باخمان آباسی ، مهندس مکانیک دانشگاه اورگان گفت: “هوا آب را جذب می کند و نمک های جامد را به جا می گذارد.” سیستم آن از تابش خورشید برای گرم کردن ، فشرده سازی و تخلیه مخلوطی از آب نمک و هوا از طریق نازل های پرسرعت استفاده می کند و گردابی ایجاد می کند که با بالا رفتن هوای مرطوب و جمع شدن و چگالش ، نمک ها و سایر مواد جامد را به سمت دیواره های دستگاه سوق می دهد. آباسی می گوید این دستگاه در اندازه کوله پشتی می تواند آب را تا سه برابر بیشتر از آب دریا تصفیه کند و حدود 20 لیتر در ساعت تولید کند.

همه این فن آوری های نسبتاً ارزان قیمت می توانند بازارهای جدیدی را برای آب قابل حمل یا پاک کننده های خارج از شبکه – و موارد دیگر باز کنند. در نهایت ، آنها می توانند به سیستم های گرمایی خورشیدی در مقیاس بزرگ منجر شوند که آب آشامیدنی را در شهرها تأمین می کنند. در حال حاضر ، آنها “مکمل اسمز معکوس و یک بازیگر اصلی در برنامه های کاربردی خاص که ممکن است اسمز معکوس کار نکند ، خواهند بود.”


منبع: khabar-dirooz.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*