سیستمی برای آشامیدنی کردن آب دریا و تولید برق به صورت همزمان
یک مطالعه جدید آب دریا را آشامیدنی و به یک منبع انرژی تبدیل می‌کند. پژوهشگران در این مطالعه به راز نمک‌زدایی رسیده‌اند و راه حلی پایدار برای کمبود آب جهانی، ارائه و در عین حال از انرژی‌های تجدیدپذیر مقرون به صرفه استفاده کرده‌اند.
در دنیایی که کمبود آب یک مساله مبرم است، پژوهشگران دانشکده مهندسی تاندون دانشگاه نیویورک راه حلی ارائه کرده‌اند که می‌تواند رویکرد ما را برای نمک‌زدایی آب بازتعریف کند.
این تیم به سرپرستی دکتر آندره تیلور، رمز نمک‌زدایی جریان ردوکس(RFD) را شکسته است. این تکنیک الکتروشیمیایی نه تنها آب دریا را به آب آشامیدنی تبدیل می‌کند، بلکه به عنوان یک راه حل ذخیره انرژی کارآمد برای انرژی‌های تجدیدپذیر نیز عمل می‌کند.
به نقل از اس‌ای، این پژوهش ۲۰ درصد بهبود قابل توجه را در میزان حذف نمک سیستم RFD همراه با کاهش قابل توجه تقاضای انرژی که با بهینه‌سازی نرخ جریان سیال حاصل می‌شود، نشان می‌دهد.
دکتر تیلور در بیانیه‌ای گفت: چشم‌انداز ما با یکپارچه‌سازی و ادغام ذخیره‌سازی انرژی و نمک‌زدایی، ایجاد راه‌حلی پایدار و کارآمد است که نه تنها تقاضای رو به رشد برای آب شیرین را برآورده می‌کند، بلکه از حفظ محیط زیست و یکپارچه‌سازی انرژی‌های تجدیدپذیر نیز حمایت می‌کند.
برتری RFD در تطبیق‌پذیری آن نهفته است. این سیستم‌ها رویکردی مقیاس‌پذیر و انعطاف‌پذیر برای ذخیره‌سازی انرژی ارائه می‌دهند که امکان استفاده کارآمد از منابع تجدیدپذیر متناوب مانند خورشیدی و باد را فراهم می‌کنند.
علاوه بر این، RFD به عنوان یک چراغ امید در پرداختن به بحران جهانی آب ظاهر می‌شود و نویدبخش راه حلی نوآورانه برای افزایش تقاضا برای آب آشامیدنی است.
گام‌های قابل توجه به سمت راه حل‌های پایدار آب
دکتر تیلور تاکید می‌کند که RFD می‌تواند اتکا به شبکه‌های برق معمولی را کاهش دهد و انتقال به سمت فرآیند شیرین‌سازی آب بدون کربن و سازگار با محیط زیست را تقویت کند.
ادغام باتری‌های جریان ردوکس با فناوری‌های نمک‌زدایی، کارایی و قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می‌دهد و گام مهمی را به سمت راه‌حل‌های پایدار آب نشان می‌دهد.
باتری جریان یا باتری جریان ردوکس نوعی سلول الکتروشیمیایی است که در آن انرژی شیمیایی توسط دو جزء شیمیایی حل شده در مایعاتی که از طریق سیستم در طرف‌های جداگانه یک غشاء پمپ می‌شوند، تامین می‌شود. انتقال یون درون سلول (همراه با جریان الکتریکی از طریق یک مدار خارجی) از طریق غشاء رخ می‌دهد، در حالی که هر دو مایع در فضای مربوط به خود گردش می‌کنند.
موفقیت این پروژه مدیون دکتر استفان آکوی مکلین مهندسی شیمی بیومولکولی در دانشگاه نیویورک و نویسنده اول این مقاله است. نبوغ وی در طراحی این سیستم، با استفاده از فناوری پیشرفته چاپ سه‌بعدی نقشی اساسی در این پیشرفت ایفا کرده است.
در بررسی پیچیدگی‌های این سیستم می‌بینیم که ورودی آب دریا از طریق شبکه پیچیده‌ای از کانال‌ها به جریان‌های شور و نمک‌زدا تقسیم می‌شود. این کانال‌ها که توسط غشاهای تبادلی از هم جدا شده‌اند، واکنش‌های الکتروشیمیایی را تسهیل می‌کنند و در نتیجه یون‌های Na+ و تولید آب شیرین حاصل می‌شود.
مکلین، انعطاف‌پذیری این سیستم را این گونه شرح می‌دهد: ما می‌توانیم زمان ماندن آب ورودی را برای تولید آب آشامیدنی با کارکردن سیستم در حالت تک عبور یا دسته‌ای کنترل کنیم.
در یک عملیات معکوس، جایی که آب نمک و آب شیرین مخلوط می‌شوند، انرژی شیمیایی ذخیره شده می‌تواند به برق تجدیدپذیر تبدیل شود. اساساً سیستم‌های RFD به عنوان شکل منحصر به فردی از «باتری» عمل می‌کنند، انرژی اضافی را از منابع خورشیدی و بادی جذب می‌کنند و آن را در صورت تقاضا آزاد می‌کنند و مکملی پایدار برای دیگر منابع برق ارائه می‌کنند.
در حالی که تحقیقات بیشتری مورد نیاز است، یافته‌های این تیم مسیر امیدوارکننده‌ای را به سمت فرآیند RFD مقرون به صرفه‌تر نشان می‌دهد که یک پیشرفت مهم در تلاش جهانی برای افزایش آب آشامیدنی است. با تشدید تغییرات اقلیمی و رشد جمعیت، روش‌های نوآورانه و کارآمد نمک‌زدایی بسیار مهم‌تر از همیشه می‌شوند.
این مطالعه در مجله Cell Reports Physical Science منتشر شده است.
