«سرآمد» گزارش می‌دهد؛
چشم‌انداز شیرین‌سازی آب اعماق دریاها برای حل بحران آبی
گروه انرژی- فاطمه کریمی- صدها شهر و ده‌ها کشور در دنیای امروز با چالش تامین آب شرب مورد نیاز و خشکسالی در حال دست‌و‌پنجه نرم کردن هستند. طبق پیش‌بینی سازمان ملل، در پنج‌سال آینده تقاضای جهانی برای آب شیرین می‌تواند به‌طور چشمگیری از عرضه پیشی بگیرد. در چنین شرایطی است که برخی شرکت‌های پیشرو در حوزه‌های فناوری آب و شیرین‌سازی آب دریاها، طرحی جدید برای عبور از بحران کمبود آب پیش‌بینی کرده‌اند و در حال اجرای آن هستند. این شرکت‌ها در مواجهه با بحران کم‌آبی به فناوری‌های نوین اعماق دریا روی آورده‌اند تا با استفاده از فشار طبیعی اقیانوس، با هزینه کمتری آب شیرین تولید کنند.
به گزارش روزنامه اقتصاد سرآمد، ایده شیرین‌سازی آب در اعماق دریا در حقیقت براساس فناوری جداسازی نمک از آب اعماق دریا استوار است. هرچند در حال حاضر هزینه‌ها و نیاز بالای انرژی، مانع از آن شده است که شیرین‌سازی آب در بیشتر نقاط جهان به روشی رایج تبدیل شود. در این میان محققان بر این باورند که اگر استفاده از فناوری شیرین‌سازی آب اعماق دریاها در مقیاس وسیع عملی شود، می‌تواند به شکل چشمگیری مشکل دسترسی به آب را در جهان کاهش دهد.
در طول تاریخ، شیرین‌کردن آب شامل جوشاندن آب دریا و تبدیل بخار آن به مایع بود و این روش کاملاً حرارتی انرژی زیادی مصرف می‌کرد. بعدها روش چندمرحله‌ای تبخیر ناگهانی جایگزین شد که در آن با تغییر دما و فشار، آب شور به‌طور ناگهانی به بخار تبدیل می‌شود. در ۲۵سال گذشته، اسمز معکوس بیشتر رواج پیدا کرده است. در این روش، با استفاده از فشار بالا، آب شور از غشایی با منافذ بسیار ریز عبور داده می‌شود تا فقط مولکول‌های آب رد شوند و نمک باقی بماند. اسمز معکوس از تقطیر کارآمدتر است، اما برای تحت فشار قرار دادن میلیون‌ها گالن آب دریا و عبور دادن آن از فیلترها، انرژی زیادی نیاز است.
در شیرین‌سازی زیرآبی، واحدهای اسمز معکوس در عمق حدود ۵۰۰متری غوطه‌ور می‌شوند و در آنجا فشار هیدرواستاتیک عظیم، عمل جداسازی آب از نمک را انجام می‌دهد. سپس آب تصفیه‌شده به ساحل پمپاژ می‌شود. هرچند ممکن است این ایده بلندپروازانه به نظر برسد، هم‌اکنون چندین نمونه آزمایشی در حال فعالیت هستند و شرکت‌های سازنده امیدوارند این فناوری بتواند شیرین‌سازی ارزان و در مقیاس بزرگ را از رویا به واقعیت تبدیل کند.
ایده‌ای نو از اعماق دریاها
فناوری شیرین‌سازی زیرآبی مبتنی بر استفاده از فشار طبیعی موجود در عمق حدود ۵۰۰متری اقیانوس است. در این روش، واحدهای اسمز معکوس به زیر آب منتقل می‌شوند و فشار هیدرواستاتیک، جداسازی آب از نمک را به‌طور طبیعی انجام می‌دهد. سپس آب شیرین‌شده از کف دریا به ساحل پمپاژ می‌شود. آنطور که رسانه ساینتیفیک امریکن در گزارشی نوشته است؛ الکساندر فوگلسانگ، مدیرعامل شرکت نروژی فلوشن معتقد است که این یک فناوری انقلابی است، ولی به دنبال اختراع روشی کاملا جدید نیست، بلکه ترکیبی هوشمندانه از فناوری‌های موجود است. او همچنین تاکید می‌کند که مصرف انرژی در این روش تا ۵۰درصد کمتر از تصفیه‌خانه‌های رایج خواهد بود و به دلیل طراحی ماژولار، امکان استقرار سریع و بدون نیاز به مهندسی اختصاصی در نقاط مختلف جهان فراهم است.
صرفه‌جویی در انرژی بین ۴۰ تا ۵۰درصد کمتر از تصفیه‌خانه‌های مرسوم و همچنین سیستم‌های ماژولاری که بدون نیاز به مهندسی اختصاصی، می‌توان آن‌ها را در نقاط مختلف اعماق دریا مستقر کرد، از جنبه‌های جدید طراحی این شرکت نروژی به‌شمار می‌روند. بررسی‌ها نیز نشان می‌دهد که کف دریا مزایای دیگری نیز در خود دارد. این منطقه نسبت به آب‌های کم‌عمق‌تر، باکتری و میکروارگانیسم‌های کمتری دارد و دما و فشار آن تقریباً ثابت است. کارشناسان معتقدند که شرایط عمق دریا قابل پیش‌بینی و در ۳۶۵روز سال یکسان است؛ درحالی‌که واحدهای ساحلی با مشکلاتی مانند شکوفایی جلبکی، رواناب رودخانه‌ها، طوفان‌ها و تغییرات فصلی دما مواجه‌اند. همچنین در اعماق دریا نیاز کمتری به پیش‌تصفیه شیمیایی وجود دارد و چون تجهیزات زیر آب قرار دارند، دیگر نگرانی مردم از ساخت تأسیسات بزرگ و ناخوشایند در کنار ساحل مطرح نیست.
چالش‌های مقابل شیرین‌سازی زیرآب
با وجود مزایای شیرین‌سازی زیرآبی نسبت به تأسیسات زمینی، این فناوری هنوز برای تولید تجاری با چالش‌هایی روبه‌روست. اول از همه، هزینه آن هنوز زیاد است. حتی در تصفیه‌خانه‌های بزرگ در خاورمیانه که از انرژی خورشیدی فراوان بهره می‌برند، شیرین‌سازی زمینی چندین برابر گران‌تر از استخراج آب از چاه‌ها یا دریاچه‌هاست. حتی اگر فناوری زیرآبی هزینه شیرین‌سازی زمینی را ۴۰درصد کاهش دهد، باز هم روش نسبتاً گرانی برای به دست آوردن آب آشامیدنی خواهد بود. انرژی تجدیدپذیر ارزان‌تر باعث می‌شود شیرین‌سازی آب در زیر دریا مقرون‌به‌صرفه‌تر شود. پیشرفت‌های فناوری هم به این کار کمک می‌کنند. مثلاً گروه تحقیقاتی هلال در حال ساخت غشاهای اسمز معکوس رسانای الکتریکی است که با دفع یون‌های نمک و ناخالصی‌ها، خود را تمیز نگه می‌دارند. این غشاها فاصله زمانی بین تعمیرات را بیشتر می‌کنند، در حالی‌که فوگلسانگ می‌گوید با غشاهای فعلی این فاصله معمولاً 2 تا 3سال است.
طرفداران فناوری شیرین‌سازی زیرآب می‌گویند که این فرایند تاثیر کمی بر حیات زیر دریا خواهد داشت، اما برخی کارشناسان خواستار پژوهش بیشتر برای بررسی اثرات آن بر اکوسیستم‌های دریایی هستند. برخی محققان بر این باورند که در عمق ۵۰۰متری، موجودات زیادی زندگی می‌کنند. ناحیه نیمه‌تاریک دریا که از ۲۰۰ تا ۱۰۰۰متری امتداد دارد، محل زندگی جانورانی مانند نهنگ، ماهی مرکب و عروس دریایی است و نقشی مهم در چرخه کربن و گردش مواد مغذی ایفا می‌کند. بنابراین شرکت‌ها باید اطمینان یابند که برداشت آب و دفع شورابه حاصل، به حیات دریایی یا این فرایندها آسیب نزند. فناوری جدید همچنین به دلیل عمق مورد نیاز، در تمام نقاط ساحلی قابل استفاده نیست. بسیاری از شهرهای ساحلی روی فلات‌های قاره‌ای گسترده قرار دارند، به این معنا که آب عمیق از ساحل فاصله زیادی دارد. از این نظر، سواحل با شیب تند ایده‌آل هستند؛ زیرا عمق سریعاً افزایش می‌یابد و نیاز به لوله‌کشی طولانی و پرهزینه نیست.
چشم‌انداز آینده شیرین‌سازی زیرآبی
با وجود تردیدها، پروژه‌های آزمایشی متعددی در حال اجراست. شرکت فلوشن در حال ساخت نخستین واحد بزرگ شیرین‌سازی زیرآبی در نروژ است که قرار است از سال۲۰۲۶، آب یک مجتمع صنعتی را تامین کند. همچنین شرکت هلندی واترایز برنامه دارد نخستین پروژه خود را در خلیج عقبه راه‌اندازی کند و در آمریکا نیز شرکت اوشن‌ول نمونه آزمایشی خود را در نزدیکی لس‌آنجلس آزمایش می‌کند.
به باور فوگلسانگ، بزرگ‌ترین مانع نه فنی، بلکه اقتصادی و مدیریتی است. صنعت آب به‌طور سنتی محافظه‌کار است و اجرای پروژه‌های زیرساختی بسیار پرهزینه. بنابراین، قراردادهای بلندمدت دولتی و مشارکت سرمایه‌گذاران نقشی تعیین‌کننده در آینده این فناوری خواهند داشت. نضال هلال، بنیان‌گذار مرکز تحقیقات آب دانشگاه نیویورک در ابوظبی که بیش از ۳۰سال در حوزه مهندسی تصفیه آب فعالیت کرده نیز معتقد است که شیرین‌سازی زیرآبی پتانسیل تبدیل‌شدن به یک راهکار جهانی را دارد، اما تحقق آن در مقیاس شهری دستکم یک‌دهه زمان خواهد
برد.
برخی گزارش‌ها حاکی از آن است که منابع آب شیرین در سراسر جهان با سرعتی حدود 200میلیارد مکعب در روز در حال مصرف است، بنابراین می‌توان حدس زد که نزدیک به 20درصد جمعیت جهان با مشکل کمبود یا حتی نبود آب آشامیدنی مواجه هستند. ضمن اینکه استفاده از آب‌های ناسالم باعث بروز 80درصد از بیماری‌ها در انسان است و حدود 30درصد آمار مرگ‌ومیر در کشورهای در حال توسعه ناشی از مصرف آب تصفیه نشده و ناسالم است. با توجه به رشد جعمیت در کشور ما نیز با صرفه‌جویی در مصرف آب و دیگر اقدامات برای کاهش مصرف آب شیرین، بازهم نمی‌توان با مشکل کمبود منابع آب شیرین مبارزه کرد.
به گزارش روزنامه اقتصاد سرآمد، ایده شیرین‌سازی آب در اعماق دریا در حقیقت براساس فناوری جداسازی نمک از آب اعماق دریا استوار است. هرچند در حال حاضر هزینه‌ها و نیاز بالای انرژی، مانع از آن شده است که شیرین‌سازی آب در بیشتر نقاط جهان به روشی رایج تبدیل شود. در این میان محققان بر این باورند که اگر استفاده از فناوری شیرین‌سازی آب اعماق دریاها در مقیاس وسیع عملی شود، می‌تواند به شکل چشمگیری مشکل دسترسی به آب را در جهان کاهش دهد.
در طول تاریخ، شیرین‌کردن آب شامل جوشاندن آب دریا و تبدیل بخار آن به مایع بود و این روش کاملاً حرارتی انرژی زیادی مصرف می‌کرد. بعدها روش چندمرحله‌ای تبخیر ناگهانی جایگزین شد که در آن با تغییر دما و فشار، آب شور به‌طور ناگهانی به بخار تبدیل می‌شود. در ۲۵سال گذشته، اسمز معکوس بیشتر رواج پیدا کرده است. در این روش، با استفاده از فشار بالا، آب شور از غشایی با منافذ بسیار ریز عبور داده می‌شود تا فقط مولکول‌های آب رد شوند و نمک باقی بماند. اسمز معکوس از تقطیر کارآمدتر است، اما برای تحت فشار قرار دادن میلیون‌ها گالن آب دریا و عبور دادن آن از فیلترها، انرژی زیادی نیاز است.
در شیرین‌سازی زیرآبی، واحدهای اسمز معکوس در عمق حدود ۵۰۰متری غوطه‌ور می‌شوند و در آنجا فشار هیدرواستاتیک عظیم، عمل جداسازی آب از نمک را انجام می‌دهد. سپس آب تصفیه‌شده به ساحل پمپاژ می‌شود. هرچند ممکن است این ایده بلندپروازانه به نظر برسد، هم‌اکنون چندین نمونه آزمایشی در حال فعالیت هستند و شرکت‌های سازنده امیدوارند این فناوری بتواند شیرین‌سازی ارزان و در مقیاس بزرگ را از رویا به واقعیت تبدیل کند.
ایده‌ای نو از اعماق دریاها
فناوری شیرین‌سازی زیرآبی مبتنی بر استفاده از فشار طبیعی موجود در عمق حدود ۵۰۰متری اقیانوس است. در این روش، واحدهای اسمز معکوس به زیر آب منتقل می‌شوند و فشار هیدرواستاتیک، جداسازی آب از نمک را به‌طور طبیعی انجام می‌دهد. سپس آب شیرین‌شده از کف دریا به ساحل پمپاژ می‌شود. آنطور که رسانه ساینتیفیک امریکن در گزارشی نوشته است؛ الکساندر فوگلسانگ، مدیرعامل شرکت نروژی فلوشن معتقد است که این یک فناوری انقلابی است، ولی به دنبال اختراع روشی کاملا جدید نیست، بلکه ترکیبی هوشمندانه از فناوری‌های موجود است. او همچنین تاکید می‌کند که مصرف انرژی در این روش تا ۵۰درصد کمتر از تصفیه‌خانه‌های رایج خواهد بود و به دلیل طراحی ماژولار، امکان استقرار سریع و بدون نیاز به مهندسی اختصاصی در نقاط مختلف جهان فراهم است.
صرفه‌جویی در انرژی بین ۴۰ تا ۵۰درصد کمتر از تصفیه‌خانه‌های مرسوم و همچنین سیستم‌های ماژولاری که بدون نیاز به مهندسی اختصاصی، می‌توان آن‌ها را در نقاط مختلف اعماق دریا مستقر کرد، از جنبه‌های جدید طراحی این شرکت نروژی به‌شمار می‌روند. بررسی‌ها نیز نشان می‌دهد که کف دریا مزایای دیگری نیز در خود دارد. این منطقه نسبت به آب‌های کم‌عمق‌تر، باکتری و میکروارگانیسم‌های کمتری دارد و دما و فشار آن تقریباً ثابت است. کارشناسان معتقدند که شرایط عمق دریا قابل پیش‌بینی و در ۳۶۵روز سال یکسان است؛ درحالی‌که واحدهای ساحلی با مشکلاتی مانند شکوفایی جلبکی، رواناب رودخانه‌ها، طوفان‌ها و تغییرات فصلی دما مواجه‌اند. همچنین در اعماق دریا نیاز کمتری به پیش‌تصفیه شیمیایی وجود دارد و چون تجهیزات زیر آب قرار دارند، دیگر نگرانی مردم از ساخت تأسیسات بزرگ و ناخوشایند در کنار ساحل مطرح نیست.
چالش‌های مقابل شیرین‌سازی زیرآب
با وجود مزایای شیرین‌سازی زیرآبی نسبت به تأسیسات زمینی، این فناوری هنوز برای تولید تجاری با چالش‌هایی روبه‌روست. اول از همه، هزینه آن هنوز زیاد است. حتی در تصفیه‌خانه‌های بزرگ در خاورمیانه که از انرژی خورشیدی فراوان بهره می‌برند، شیرین‌سازی زمینی چندین برابر گران‌تر از استخراج آب از چاه‌ها یا دریاچه‌هاست. حتی اگر فناوری زیرآبی هزینه شیرین‌سازی زمینی را ۴۰درصد کاهش دهد، باز هم روش نسبتاً گرانی برای به دست آوردن آب آشامیدنی خواهد بود. انرژی تجدیدپذیر ارزان‌تر باعث می‌شود شیرین‌سازی آب در زیر دریا مقرون‌به‌صرفه‌تر شود. پیشرفت‌های فناوری هم به این کار کمک می‌کنند. مثلاً گروه تحقیقاتی هلال در حال ساخت غشاهای اسمز معکوس رسانای الکتریکی است که با دفع یون‌های نمک و ناخالصی‌ها، خود را تمیز نگه می‌دارند. این غشاها فاصله زمانی بین تعمیرات را بیشتر می‌کنند، در حالی‌که فوگلسانگ می‌گوید با غشاهای فعلی این فاصله معمولاً 2 تا 3سال است.
طرفداران فناوری شیرین‌سازی زیرآب می‌گویند که این فرایند تاثیر کمی بر حیات زیر دریا خواهد داشت، اما برخی کارشناسان خواستار پژوهش بیشتر برای بررسی اثرات آن بر اکوسیستم‌های دریایی هستند. برخی محققان بر این باورند که در عمق ۵۰۰متری، موجودات زیادی زندگی می‌کنند. ناحیه نیمه‌تاریک دریا که از ۲۰۰ تا ۱۰۰۰متری امتداد دارد، محل زندگی جانورانی مانند نهنگ، ماهی مرکب و عروس دریایی است و نقشی مهم در چرخه کربن و گردش مواد مغذی ایفا می‌کند. بنابراین شرکت‌ها باید اطمینان یابند که برداشت آب و دفع شورابه حاصل، به حیات دریایی یا این فرایندها آسیب نزند. فناوری جدید همچنین به دلیل عمق مورد نیاز، در تمام نقاط ساحلی قابل استفاده نیست. بسیاری از شهرهای ساحلی روی فلات‌های قاره‌ای گسترده قرار دارند، به این معنا که آب عمیق از ساحل فاصله زیادی دارد. از این نظر، سواحل با شیب تند ایده‌آل هستند؛ زیرا عمق سریعاً افزایش می‌یابد و نیاز به لوله‌کشی طولانی و پرهزینه نیست.
چشم‌انداز آینده شیرین‌سازی زیرآبی
با وجود تردیدها، پروژه‌های آزمایشی متعددی در حال اجراست. شرکت فلوشن در حال ساخت نخستین واحد بزرگ شیرین‌سازی زیرآبی در نروژ است که قرار است از سال۲۰۲۶، آب یک مجتمع صنعتی را تامین کند. همچنین شرکت هلندی واترایز برنامه دارد نخستین پروژه خود را در خلیج عقبه راه‌اندازی کند و در آمریکا نیز شرکت اوشن‌ول نمونه آزمایشی خود را در نزدیکی لس‌آنجلس آزمایش می‌کند.
به باور فوگلسانگ، بزرگ‌ترین مانع نه فنی، بلکه اقتصادی و مدیریتی است. صنعت آب به‌طور سنتی محافظه‌کار است و اجرای پروژه‌های زیرساختی بسیار پرهزینه. بنابراین، قراردادهای بلندمدت دولتی و مشارکت سرمایه‌گذاران نقشی تعیین‌کننده در آینده این فناوری خواهند داشت. نضال هلال، بنیان‌گذار مرکز تحقیقات آب دانشگاه نیویورک در ابوظبی که بیش از ۳۰سال در حوزه مهندسی تصفیه آب فعالیت کرده نیز معتقد است که شیرین‌سازی زیرآبی پتانسیل تبدیل‌شدن به یک راهکار جهانی را دارد، اما تحقق آن در مقیاس شهری دستکم یک‌دهه زمان خواهد
برد.
برخی گزارش‌ها حاکی از آن است که منابع آب شیرین در سراسر جهان با سرعتی حدود 200میلیارد مکعب در روز در حال مصرف است، بنابراین می‌توان حدس زد که نزدیک به 20درصد جمعیت جهان با مشکل کمبود یا حتی نبود آب آشامیدنی مواجه هستند. ضمن اینکه استفاده از آب‌های ناسالم باعث بروز 80درصد از بیماری‌ها در انسان است و حدود 30درصد آمار مرگ‌ومیر در کشورهای در حال توسعه ناشی از مصرف آب تصفیه نشده و ناسالم است. با توجه به رشد جعمیت در کشور ما نیز با صرفه‌جویی در مصرف آب و دیگر اقدامات برای کاهش مصرف آب شیرین، بازهم نمی‌توان با مشکل کمبود منابع آب شیرین مبارزه کرد.