چالش‌های به‌کارگیری دو فناوری تقطیر حرارتی و اسمز معکوس برای تأمین آب‌شیرین

ایسنا/ یک کارشناس ارشد محیط زیست با بیان اینکه بسیاری از کشورها به فناوری‌های نمک زدایی آب دریا به عنوان یکی از مهمترین راهکارهای تأمین آب شیرین رو آورده‌اند، گفت: هم‌اکنون تقطیر حرارتی و اسمز معکوس دو فناوری اصلی در این زمینه هستند.

فرهاد وداد، با بیان اینکه حدود ٧١ درصد سطح کره زمین را آب پوشانده است و تنها ۲. ۵ درصد کل منابع آبی جهان به‌صورت آب‌شیرین در دسترس است، اظهار کرد: از این مقدار نیز حدود ۶۸. ۹ درصد در یخچال‌های طبیعی و پوشش‌های یخی قطبی ذخیره شده است. حدود ۳۰. ۸ درصد آب‌شیرین در سفره‌های زیرزمینی قرار دارند و کمتر از ۰. ۳ درصد آن در دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و رطوبت خاک قابل دسترسی برای انسان است.

---

بازار

---

وی با بیان این‌که از این حجم محدود آب شیرین، سهم بسیار کوچکی برای مصارف انسانی باقی می‌ماند، گفت: الگوی مصرف آب در مقیاس جهانی به ۳ بخش کشاورزی و دامپروری ۷۰ درصد کل مصرف آب، بخش صنعت حدود ۲۰ درصد و مصارف شهری و خانگی حدود ۱۰ درصد کل مصرف آب را دارند.

چالش‌های اقتصادی و محیط زیستی موانع بر سر راه گسترش پایدار دو فناوری تقطیر حرارتی و اسمز معکوس

این کارشناس ارشد محیط زیست، خاطرنشان کرد: با وجود رشد ظرفیت تأسیسات نمک زدایی در چند دهه اخیر، چالش‌های اقتصادی و محیط زیستی همچنان مانع از گسترش پایدار این فناوری‌ها (تقطیر حرارتی و اسمز معکوس) در مقیاس وسیع‌تر شده‌اند.

وداد، افزود: هزینه‌های بالای تولید، نیاز به انرژی زیاد، استهلاک تجهیزات و تأثیرات مخرب محیط زیستی، بهره‌گیری از این فناوری‌ها را برای بخش‌های پرمصرفی مانند کشاورزی و دامپروری اقتصادی نمی‌کند و موجب ناترازی می‌شود.

وی، با بیان این‌که هزینه تولید آب‌شیرین به روش اسمز معکوس برای مصارف شهری و صنعتی قابل پذیرش است، در ادامه تصریح کرد: اما در بخش کشاورزی و دامپروری به دلیل مقیاس وسیع مصرف، هزینه‌ای سنگین و عملاً غیرقابل تأمین محسوب می‌شود.

این کارشناس ارشد محیط زیست، توضیح داد: بر مبنای داده‌های مؤسسه مهندسان مکانیک تولید هر کیلوگرم گندم بسته به شرایط اقلیمی نیازمند حدود ۰. ۵ تا ۴ مترمکعب آب، تولید هر کیلوگرم گوشت گوسفند حدود ۱۰. ۵ متر مکعب آب و تولید هر کیلوگرم گوشت گاو حدود ۱۵. ۵ متر مکعب آب است. در صورت استفاده از آب حاصل از اسمز معکوس با هزینه میانگین یک دلار بر متر مکعب، هزینه تولید به ترتیب تا ۳ دلار برای گندم ۱۰. ۵ دلار برای هر کیلوگرم گوشت گوسفند و ۱۵. ۵ دلار برای گوشت گاو مازاد بر هزینه‌های جاری افزایش می‌یابد. چنین افزایشی در نهایت منجر به رشد شدید هزینه‌های تولید و در پی آن افزایش غیرقابل کنترل هزینه‌های معیشتی خواهد شد.

وداد، ادامه داد: با در نظر گرفتن الگوی مشابه در تولید سایر محصولات کشاورزی و دامی و همچنین مصارف خانگی نظیر پخت وپز، روشن است که استفاده از آب شیرین کن‌های اسمز معکوس برای بخش‌های پرمصرف، از منظر اقتصادی فاقد توجیه عملی است.

علاوه بر هزینه‌های عملیاتی، استهلاک تجهیزات و اثرات محیط زیستی از تبعات فرآیند نمک‌زدایی

وی، با بیان این‌که علاوه بر هزینه‌های عملیاتی، باید سرمایه‌گذاری اولیه بالا، استهلاک تجهیزات و اثرات محیط زیستی ناشی از فرآیندهای نمک زدایی را نیز مدنظر قرار داد، افزود: به ویژه در کشورهایی نظیر عربستان سعودی که انرژی مورد نیاز تأسیسات آب شیرین کن از منابع فسیلی تأمین می‌شود، وابستگی انرژی، تولید گازهای گلخانه‌ای و آلودگی‌های جانبی، اثر مستقیمی بر چرخه محیط زیستی و پایداری اقتصادی این کشورها دارند به ویژه که آب فوق شور در آن سامانه‌ها به دریا بازگردادنده می‌شود که آسیب‌های جدی بر اکوسیستم دریا خواهد داشت.

این کارشناس ارشد محیط زیست، درباره انتقال آب به مناطق کویری هم توضیح داد که انرژی مورد نیاز برای انتقال آب به مسافت‌های طولانی به عوامل متعددی از جمله قطر و جنس لوله، سرعت جریان، ضریب زبری، میزان تلفات اصطکاکی، بازده پمپ‌ها و تعدادایستگاه‌های پمپاژ در مسیر وابسته است.

 وداد، خاطرنشان کرد که با وجود این متغیرها، بر اساس برآوردهای فنی می‌توان به صورت تقریبی گفت که انتقال هر مترمکعب آب به فاصله حدود هزار کیلومتر و ارتفاعی معادل هزار متر، دست کم به نیم دلار هزینه برق نیاز دارد؛ این رقم فارغ از هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه، خدمات انسانی، نگهداری و استهلاک تجهیزات است.

وی، ادامه داد: چنانچه هزینه تولید آب شیرین از طریق اسمز معکوس نیز به این مقدار افزوده شود، مجموع هزینه انتقال آب از سواحل (RO) چنانچه هزینه تولید آب شیرین از طریق اسمز معکوس جنوبی ایران به مناطق مرکزی و کویری به سطحی خواهد رسید که توجیه اقتصادی چنین طرح‌هایی باید با دقت مورد ارزیابی قرار گیرد. بدیهی است که در نبود تحلیل دقیق فنی و اقتصادی، اجرای این گونه پروژه‌ها نه تنها کمکی به حل بحران کم آبی نخواهد کرد، بلکه می‌تواند هزینه‌های سنگینی بر دوش جامعه و نظام تأمین انرژی کشور بگذارد.

استفاده از انرژی خورشیدی در آب شیرین کن‌ها راهکاری مطلوب در نگاه نخست

این کارشناس ارشد محیط زیست، افزود: به کارگیری انرژی خورشیدی به عنوان منبعی پاک و تجدیدپذیر، در نگاه نخست راهکاری مطلوب برای رفع چالش‌های مرتبط با تأمین انرژی در فرآیندهای آب شیرین کنی به نظر می‌رسد. با این حال، فناوری‌های متداول مانند کالکتورهای سهموی خطی و رفلکتورهای فرنل با موانع فنی و اقتصادی قابل توجهی مواجه‌اند.

وداد، گفت: از جمله این چالش‌ها می‌توان به جرم و حجم بالای سازه‌ها، نیاز به مصالح مقاوم در برابر باد، مصرف زیاد انرژی برای ردیابی خورشید، ضرورت تنظیم دقیق زاویه تابش، تأثیر تجمع گردوغبار و طوفان‌های شن بر سطح بازتابنده، دشواری پاک‌سازی سطوح، تغییرات ناشی از انبساط حرارتی و در نتیجه کاهش بازدهی اپتیکی و افزایش هزینه‌های نگهداری اشاره کرد.

وی، تصریح کرد: این محدودیت‌ها نشان می‌دهد که صرف استفاده از انرژی خورشیدی، بدون نوآوری در طراحی و مدیریت سامانه‌ها، نمی‌تواند پاسخ گوی نیاز گسترده کشور به آب شیرین باشد. از این رو، ایجاد و گسترش یک مرکز پژوهشی تخصصی برای توسعه فناوری‌های نوین در زمینه شیرین‌سازی و انتقال آب دریا ضرورتی اجتناب ناپذیر است؛ مرکزی که بتواند با رویکردی میان رشته‌ای، راهکارهایی کارآمد، اقتصادی و سازگار با اقلیم ایران ارائه دهد.

راهکار پیشنهادی برای تأمین آب‌شیرین با به‌کارگیری روش نوین آزمایشگاهی کشور سوئد

این کارشناس ارشد محیط زیست، توضیح داد: در راستای تأمین و انتقال آب آشامیدنی، صنعتی، کشاورزی و دامپروری از منابع آب دریا، پژوهش‌هایی در مقیاس آزمایشگاهی با هدف ارائه روشی نوین و مبتنی بر انرژی خورشیدی انجام شده است. این مطالعات با توجه به شرایط تابش خورشید در ایران، که در برخی نقاط به حدود شش کیلووات ساعت بر مترمربع در روز می‌رسد، انجام گرفت.

وداد، افزود: در این روش تازه، از پلتفرمی سبک و کارآمد استفاده شده است که برخلاف سامانه‌های متداول، نیازی به سازه‌های سنگین آینه‌های سهموی خطی ندارد و از این رو، هزینه‌های اولیه ساخت و نصب تجهیزات به طور چشمگیری کاهش می‌یابد. افزون بر این، سامانه به گونه‌ای طراحی شده که دمای عملکرد خود را به صورت خودکار در حد پایین و ثابت نگه می‌دارد؛ ویژگی‌ای که موجب حذف اثرات منفی حرارت بالا بر ساختار و راندمان سیستم می‌شود — مشکلی که یکی از چالش‌های اساسی فناوری‌های خورشیدی رایج به شمار می‌رود.

وی، گفت: در حالی که بازده اپتیکی سامانه‌های مرسوم مانند آینه‌های سهموی خطی و رفلکتورهای فرنل معمولاً به کمتر از ٣۵ درصد می‌رسد، نتایج آزمایشگاهی روش نوین که در مقیاس آزمایشگاهی در سوئد توسعه و ارزیابی شده است، بازدهی بالاتر از ٩٠ درصد را نشان می‌دهد. این بهبود چشمگیر در بازده می‌تواند به طور مستقیم هزینه تولید آب شیرین را کاهش دهد و افق تازه‌ای برای بهره‌برداری اقتصادی از انرژی‌های پاک در فرآیندهای نمک زدایی بگشاید. با این حال، لازم است توجه شود که عملکرد آزمایشگاهی لزوماً با عملکرد میدان یکسان نیست: برای ارزیابی واقعی پایداری، کارایی طولانی مدت، حساسیت نسبت به گردوغبار و دما، و برآورد هزینه سرمایه‌ای و عملیاتی در شرایط محلی ایران، اجرای آزمایش‌های می‌دانی و پایلوت در مقیاس‌های تدریجی( پایلوت‌های نیمه صنعتی) ضروری است.

تأکید بر ضرورت وجود نگاهی میان رشته‌ای و بازنگری در روش‌های متداول طراحی خطوط انتقال

این کارشناس ارشد محیط زیست، یادآور شد: افزون بر این، انتقال آب شیرین شده از دریا به فواصل دوردست نیز مستلزم نگاهی میان رشته‌ای و بازنگری در روش‌های متداول طراحی خطوط انتقال است؛ امری که تنها با بهره‌گیری هم زمان از دانش فنی در حوزه‌های فیزیک، مکانیک سیالات، علم مواد، زمین‌شناسی، منابع طبیعی و مدیریت منابع آب می‌تواند به کاهش مصرف انرژی، افزایش پایداری زیرساخت و ارتقای بهره وری کل سامانه بینجامد.

وداد، ادامه داد: در همین راستا، راهکارهایی برای بهینه‌سازی مسیرهای انتقال و بهره‌گیری از توپوگرافی طبیعی کشور طراحی و مورد بررسی اولیه قرار گرفته است، هرچند تکمیل و ارزیابی تجربی آن‌ها نیازمند مطالعات می‌دانی و همکاری‌های چندرشته‌ای بیشتر خواهد بود.

🔹"آخرین خبر" در روبیکا
🔹"آخرین خبر" در ایتا
🔹"آخرین خبر" در بله