دسته‌بندی محصولات
دانشنامه تراواب

شیرین سازی آب با استفاده از فناوری هسته ای

شیرین سازی آب با استفاده از فناوری هسته ای

شیرین سازی آب به روش هسته ای یکی از راهکارهای موثر برای کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی و کاهش آلودگی هوا و آب است. این روش همچنین می تواند به تولید برق و حرارت برای مصارف دیگر کمک کند. با توجه به پیش بینی های موجود، تقاضا برای شیرین سازی آب به روش هسته ای در جهان در سال های آینده افزایش خواهد یافت و بسیاری از کشورها در حال برنامه ریزی و اجرای پروژه های جدید در این زمینه هستند. در این مقاله از تراواب به بررسی فناوری هسته ای در شیرین سازی آب خواهیم پرداخت.


بیش از دو دهه است که حمایت از شیرین سازی آب با استفاده از فناوری هسته ای (نمک زدایی هسته ای) بارها در کنفرانس های بین المللی مورد تاکید قرار گرفته و بسیاری از کشورهای جهان از آن حمایت می کنند. در حال حاضر، با چندین سال تجربه عملیاتی در سراسر جهان به ویژه در ژاپن، هند و قزاقستان، نمک زدایی هسته ای به عنوان یک گزینه مناسب برای پاسخگویی به تقاضای رو به رشد آب آشامیدنی به خصوص در بسیاری از مناطق خشک و نیمه خشک معرفی شده است.

رابطه آب با انرژی را نمی توان در بخش‌هایی از جهان که منابع آب طبیعی کمیاب هستند، نادیده گرفت. با این حال در آینده­ ای که منابع کربنی محدود است، نمک‌زدایی هسته‌ای می تواند به عنوان یکی از راه‌حل‌های اقتصادی، ایمن، قابل ‌اعتماد و در دسترس شناخته شود.

شیرین سازی آب به روش هسته ای

می دانیم که ۷۰٪ سطح کره زمین را منابع آبی پوشش می‌دهد. با این حال، اکثریت این آب ها شور است و یا به صورت یخ و به صورت زیرزمینی محبوس شده است و این عامل باعث می‌شود بخش قابل دسترس آن بسیار کمتر شود. افزایش جمعیت جهان و درنتیجه آن فعالیت‌های انسانی بیشتر، منابع آب قابل دسترس را به چالش کشیده است. این چالش ها منجر به بروز راه حل هایی خلاقانه شده است که شایع‌ترین آن‌ تصفیه آب دریا و قابل استفاده کردن آن است. تمام فرآیندهای تصفیه آب نیاز به انرژی دارند. این انرژی در قالب انرژی حرارتی و یا الکتریسیته به کار برده می شود و اگر توسط یک راکتور هسته‌ای تولید شود، به آن تصفیه آب هسته‌ای گفته می‌شود.

امروزه بیشتر واحدهای نمک زدایی از سوخت های فسیلی استفاده می کنند و در نتیجه موجب افزایش سطح گازهای گلخانه ای می شوند. طبق گزارش ها در سال ۲۰۱۵، بیش از ۶۵ درصد واحدهای نمک زدایی نصب شده در جهان، واحد های RO یا اسمز معکوس بودند که این آمار تا به حال افزایش چشمگیری داشته است. اکثر این واحدها در خاورمیانه و شمال آفریقا قرار دارند. ترکیب تولید برق و تولید آب از طریق نمک زدایی از نظر اقتصادی سودمند است و به طور گسترده در خاورمیانه مورد استفاده قرار می گیرد.

شیرین سازی آب با استفاده از فناوری هسته ای یکی از روش‌هایی است که با استفاده از انرژی حاصل از واکنش‌های هسته‌ای، آب شور را به آب شیرین تبدیل می‌کند. این روش دارای مزایا و معایبی است که در این مقاله به آن‌ها پرداخته می‌شود.

چرا نیاز به شیرین سازی آب داریم؟

آب یکی از منابع حیاتی برای بقای انسان و سایر موجودات زنده است. اما بخش عظیمی از آب کره زمین، آب شور است که قابل استفاده برای نوشیدن، کشاورزی و صنعت نیست. براساس گزارش سازمان ملل، تقریبا ۴۰ درصد جمعیت جهان در مناطق کم آب و خشک زندگی می‌کنند و این عدد تا سال ۲۰۵۰ به ۵۰ درصد خواهد رسید. بنابراین، پیدا کردن روش‌های جدید و کارآمد برای تامین آب شیرین، یک چالش و الزام جهانی است.

چگونه می‌توان با فناوری هسته‌ای آب شور را شیرین کرد؟

فناوری هسته‌ای یک روش سالم و پایدار برای تولید آب شیرین است. در این روش، حرارت حاصل از واکنش‌های هسته‌ای در راکتور، برای تبخیر آب شور استفاده می‌شود. بخار حاصل از تبخیر، در قسمت دیگر راکتور میعان شده و به صورت قطرات آب شیرین جمع می‌شود. این فرآیند را می‌توان به صورت حرارتی یا الکتروشیمیائی انجام داد که در ادامه به توضیح آن می پردازیم..

فرآیندهای حرارتی

فرآیندهای حرارتی با استفاده از حرارت بالا برای تولید بخار از آب شور عمل می‌کنند. سپس بخار را در دمای پایین‌تر میعان کرده و آب شیرین را جدا می‌کنند. عمده فرآیندهای حرارتی عبارتند از:

تقطیر ناگهانی چند مرحله‌ای (MSF): در این فرآیند، آب شور را در فشار پایین به جوش می‌آورند و بخار حاصل را در لوله‌های خنک کننده عبور می‌دهند. این عمل را در چند مرحله با دما و فشار متفاوت تکرار می‌کنند تا آب شیرین با کیفیت بالا به دست آورند.

تقطیر چند اثره (MED): در این فرآیند، آب شور را در یک سری از تبخیرگرها با دما و فشار کاهش یافته عبور می‌دهند. بخار حاصل از هر تبخیرگر، برای گرم کردن آب شور در تبخیرگر بعدی استفاده می‌شود. این کار باعث می‌شود که انرژی به صورت بهینه مصرف شود.

تقطیر تراکمی بخار (VCD): در این فرآیند، بخار حاصل از تبخیر آب شور، با استفاده از یک کمپرسور یا یک جت پمپ، فشار و دمای آن را افزایش می‌دهند. سپس بخار را در یک مبدل حرارتی میعان کرده و آب شیرین را جمع می‌کنند.

فرآیندهای الکتروشیمیائی

فرآیندهای الکتروشیمیائی با استفاده از جریان الکتریکی برای جداسازی نمک از آب شور عمل می‌کنند. عمده فرآیندهای الکتروشیمیائی عبارتند از:

الکترو دیالیز (ED): در این فرآیند، آب شور را از بین دو الکترود مثبت و منفی عبور می‌دهند. در مسیر جریان آب، لایه‌های نازک از غشاهای نفوذپذیر برای یون‌های مثبت و منفی قرار داده شده‌اند. با اعمال ولتاژ، یون‌های مثبت به سمت الکترود منفی و یون‌های منفی به سمت الکترود مثبت حرکت می‌کنند. این کار باعث می‌شود که غلظت نمک در آب کاهش یابد.

الکترو دیالیز معکوس (EDR): در این فرآیند، همانند ED عمل می‌شود، با این تفاوت که جهت جریان الکتریکی به صورت دوره‌ای تغییر می‌کند. این کار باعث می‌شود که غشاها خود را پاک کنند و جلوگیری از رسوبات و رسانایی الکترولیت را کاهش دهند.


چه مزایا و معایبی برای شیرین سازی آب به روش هسته‌ای وجود دارد؟

شیرین سازی آب با استفاده از فناوری هسته ای دارای جنبه‌های مثبت و منفی است که در زیر به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود:

مزایا

  • این روش مقرون به صرفه است، زیرا نسبت به برخی روش‌های دیگر نظیر تقطیر چند مرحله‌ای یا اسمز معکوس، دارای هزینه عملیاتی و نگهداری پایین‌تر است.
  • این روش می‌تواند مقدار زیادی آب شیرین تولید کند که برای نیاز‌های آبی مناطق خشک و نیمه خشک مناسب است.
  • این روش می‌تواند با استفاده از حرارت حاصل از واکنش‌های هسته‌ای، فرآیندهای تصفیه آب را بهبود بخشد و باعث کاهش مصرف انرژی الکتریکی شود.
  • این روش می‌تواند به تولید برق و گرمایش منطقه نیز کمک کند و به عنوان یک منبع انرژی چند منظوره عمل کند.

معایب

  • این روش نیاز به سرمایه گذاری اولیه بالا و فناوری پیچیده دارد که برای بسیاری از مناطق روستایی در دسترس نیست.
  • این روش ممکن است باعث تولید پساب هسته‌ای شود که نگرانی‌های زیست محیطی و بهداشت عمومی را به همراه دارد.
  • این روش در صورت عدم رعایت استانداردهای ایمنی، ممکن است خطرات جدی نظیر تصادفات هسته‌ای را به وجود آورد.

شیرین سازی آب به روش هسته ای یک راه حل جذاب برای تامین آب شیرین در مناطق کم آب است. با استفاده از انرژی هسته ای، این روش قادر است آب شور را به آب شیرین با کیفیت مناسبی تبدیل کند. با این حال، این روش نیز با چالش های جدی در زمینه های سوخت هسته ای، امنیت هسته ای، پسماندهای رادیواکتیو و پیچیده بودن فناوری هسته ای روبرو است. بنابراین، لازم است تحقیقات بیشتر و تلاش های بین المللی صورت گیرد تا این چالش ها را برطرف کند و پتانسیل این روش را به حداکثر برساند.

چشم انداز شیرین سازی آب به روش هسته ای در جهان چگونه است؟

به گزارش آژانس بین المللی انرژی هسته ای (IAEA)، در حال حاضر ۲۰ کشور در جهان دارای تأسیسات شیرین سازی آب به روش هسته ای هستند که مجموع ظرفیت آنها برابر با ۱.۴ میلیون مترمکعب در روز است. برخی از کشورهای پیشرو در این زمینه عبارتند از:

  • ژاپن: ژاپن دارای بزرگترین تأسیسات شیرین سازی آب به روش هسته ای در جهان است که با نام Monju  شناخته می شود.  این تأسیسات با استفاده از گرمای تولید شده توسط یک نئترون سردکن (FBR)، قادر است روزانه ۱۴۰۰ مترمکعب آب شور را به آب شیرین تبدیل کند.
  • پاکستان: پاکستان دارای چندین تأسیسات شیرین سازی آب به روش هسته ای است که با استفاده از روتور (PWR)، روتور خودآغاز (PHWR)  و روتور خودآغاز سبک (LWR)، قادر است روزانه حدود ۱۰۰۰ مترمکعب آب شور را به آب شیرین تبدیل کند.
  • قطر: قطر دارای ۴ تأسيسات شيرين سازي آب به روش هسته‌ای است که با استفاده از روتور خودآغاز (PHWR)، قادر است روزانه حدود ۸۰۰ مترمکعب آب شور را به آب شیرین تبدیل کند.

چشم انداز شیرین سازی آب به روش هسته ای در ایران

ایران یکی از کشورهای کم آب جهان است که با چالش های جدی در تأمین آب شیرین برای نیازهای مختلف مواجه است. بر اساس گزارش سازمان ملل، سرانه مصرف آب در ایران حدود ۱۰۰۰ مترمکعب در سال است که نشان دهنده وضعیت نامطلوب و بحرانی است. علاوه بر افزایش جمعیت و تغییرات آب و هوایی، عوامل دیگری نظیر بالا رفتن تقاضا برای آب در بخش های صنعت، کشاورزی و خانگی، کاهش منابع آب سطحی و زیرزمینی، آلودگی منابع آب قابل استفاده، نبود مدیریت مناسب و بهینه سازی مصرف آب، نقص در تأسيسات تصفيه و شيرين سازي آب و عدم استفاده از فناوري‌هاي نوين در اين زمينه، به تشديد بحران آب در ايران كمك كرده‌اند.

یکی از نکات قابل توجه در مورد آب شیرین کن هسته ای، این است که این روش برای تصفیه آب شور به دلیل استفاده از انرژی هسته‌ای، ممکن است با خطراتی مرتبط باشد. این خطرات شامل آسیب به سلامتی انسان‌ها و زیست محیطی می‌شوند. برای مثال، در صورت وقوع حادثه‌ای در نیروگاه هسته‌ای، می‌تواند منجر به آلودگی هوا، آب و خاک شود و موجب تلفات جانی و اقتصادی بزرگی شود. همچنین، مصرف سوخت هسته‌ای برای تولید انرژی، پسماندهای رادیواکتیو و مواد شیمیایی پرخطری را تولید می‌کند که نیاز به مدیریت و نگهداری صحیح دارند. بنابراین، برای استفاده از آب شیرین کن هسته ای، به دلیل این خطرات، نیاز به رعایت استانداردهای بسیار سخت و نظارت دقیق دارد. همچنین، باید برای جلوگیری از احتمال وقوع حوادث ناگوار در نیروگاه‌های هسته‌ای، نگهداری و بروزرسانی دوره‌ای انجام شود. به علاوه، باید برای مدیریت پسماندهای رادیواکتیو و مواد شیمیایی پرخطر، روش‌های صحیح و ایمنی بکار گرفته شود.

 در کشور ما نیز آموزش‌هایی در زمینه ایمنی هسته‌ای برای افرادی که در نیروگاه‌های هسته‌ای کار می‌کنند، ارائه می‌شود و نظارت دقیقی بر فعالیت های هسته‌ای انجام می‌شود. همچنین، دستگاه‌های آب شیرین کن هسته ای به صورت مداوم مورد نظارت و بازرسی قرار می‌گیرند تا از ایمنی بودن آنها اطمینان حاصل شود.


به طور کلی، شیرین سازی آب به روش هسته ای یکی از راهکارهای موثر برای کاهش وابستگی به سوخت های فسیلی و کاهش آلودگی هوا و آب است. این روش همچنین می تواند به تولید برق و حرارت برای مصارف دیگر کمک کند. با توجه به پیش بینی های موجود، تقاضا برای شیرین سازی آب به روش هسته ای در جهان در سال های آینده افزایش خواهد یافت و بسیاری از کشورها در حال برنامه ریزی و اجرای پروژه های جدید در این زمینه هستند.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *