📌ژاپن دومین پیشگام جهان در انقلاب انرژی اسمزی با ظرفیت تولید ۸۸۰ هزار کیلووات ساعت برق سالانه

به گزارش سیمای انرژی و به نقل ازOil Price) )، ژاپن با افتتاح یک نیروگاه تجاری انرژی اسمزی، پس از دانمارک، به دومین کشور پیشرو در این عرصه تبدیل شد. این گام، موفقیتی چشمگیر برای این شیوه‌ کمتر شناخته‌شده تولید انرژی پاک محسوب می‌شود.

انرژی اسمزی با وجود آنکه هنوز در مراحل ابتدایی توسعه قرار دارد و در مقیاس محدود آزموده شده، از پتانسیلی عظیم برخوردار است. اهمیت این فناوری تا آنجاست که مجمع جهانی اقتصاد آن را در فهرست ۱۰ فناوری نوظهور برتر سال ۲۰۲۵ قرار داده که باید با دقت مورد توجه قرار گیرند.

این روش تولید برق که هیچ‌گونه کربنی منتشر نمی‌کند، بر پایه‌ فرآیند طبیعی اسمز میان آب شیرین و آب شور استوار است. وب‌سایت “Earth.org“ این پدیده را چنین تشریح می‌کند: «در محل تلاقی آب شیرین و آب دریا، یک شیب غلظت طبیعی (گرادیان شوری) به وجود می‌آید. این پدیده، یون‌ها را برای رسیدن به تعادل، از سمت آب شور به سمت آب شیرین سوق می‌دهد و حرکت آب و یون‌ها، اختلاف فشاری ایجاد می‌کند که می‌توان آن را برای تولید برق به کار گرفت.»

نحوه عملکرد نیروگاه انرژی اسمزی

به بیان دیگر، نیروگاه انرژی اسمزی (Osmotic Power Plant) که به آن «انرژی آبی» یا «انرژی گرادیان شوری» هم می‌گویند، نوعی نیروگاه تجدیدپذیر است که از اختلاف غلظت نمک بین آب شیرین و آب شور برای تولید برق استفاده می‌کند. این فناوری به‌ویژه در مناطقی که رودخانه‌ها به دریا می‌ریزند، پتانسیل بالایی دارد.

اساس کار این نیروگاه پدیده فیزیکی اسمز است. روند تولید برق به طور خلاصه به شکل زیر است:

1.     جداسازی آب شور و شیرین: در یک محفظه بزرگ، آب شیرین (مثلاً آب رودخانه) و آب شور (آب دریا) توسط یک غشا با نفوذپذیری انتخابی از یکدیگر جدا می‌شوند.

2.     فرآیند اسمز: این غشا فقط به مولکول‌های آب اجازه عبور می‌دهد و مانع عبور مولکول‌های بزرگ‌تر نمک می‌شود. طبق قانون اسمز، آب به طور طبیعی از سمت کم‌غلظت (آب شیرین) به سمت پرغلظت (آب شور) حرکت می‌کند تا غلظت دو طرف را به تعادل برساند.

3.     ایجاد فشار: این حرکت پرقدرت آب به سمت محفظه آب شور، حجم و فشار آب را در آن سمت به شدت افزایش می‌دهد.

4.     تولید برق: فشار ایجاد شده به یک توربین هدایت می‌شود. چرخش توربین، یک ژنراتور را به حرکت درآورده و در نهایت انرژی الکتریکی تولید می‌شود.

حاصل این فرآیند، منبعی کاملاً پاک، بدون کربن و پایدار برای تأمین «بار پایه» انرژی است که به صورت شبانه‌روزی و در تمام ایام سال در دسترس قرار دارد. این پایداری، مزیتی حیاتی برای امنیت انرژی محسوب می‌شود، زیرا برخلاف منابعی چون انرژی خورشیدی و بادی، ماهیتی متغیر و متناوب ندارد. از این رو، انرژی اسمزی می‌تواند جایگزینی ایده‌آل برای تضمین پایداری در سبد انرژی‌های تجدیدپذیر باشد.

ظرفیت تولید سالانه ۸۸۰ هزار کیلووات‌ساعت برق؛ در دومین نیروگاه برق اسمزی جهان  

دانمارک در سال ۲۰۲۳ نخستین نیروگاه تجاری برق اسمزی جهان را راه‌اندازی کرد و ژاپن نیز اخیرا با افتتاح نیروگاهی جدید در شهر «فوکوئوکا»، این مسیر را ادامه داده است. این نیروگاه که فعالیت خود را از ۵ اوت آغاز کرده، ظرفیت تولید سالانه ۸۸۰ هزار کیلووات‌ساعت برق را دارد. نکته‌ قابل توجه در این پروژه، احداث آن در مجاورت یک کارخانه‌ی آب‌شیرین‌کن است. بهره‌گیری از پساب بسیار شور این کارخانه، ضمن کاهش ضایعات، راندمان فرآیند اسمز را به شکل چشمگیری افزایش می‌دهد. وب‌سایت «نیو اطلس» در این خصوص می‌نویسد: «شیب غلظت شدیدتر، بهره‌وری را بالا برده و زمینه را برای پیاده‌سازی این فناوری در بستر سیستم‌های صنعتی موجود، فراتر از محیط‌های آزمایشگاهی، فراهم می‌کند.»

پیش از این، طرح‌های آزمایشی انرژی اسمزی در کشورهایی نظیر «نروژ»، «فرانسه» و «کره جنوبی» نیز اجرا شده بود. اکنون با اثبات کارایی نیروگاه‌های تجاری در «دانمارک» و «ژاپن»، انتظار می‌رود سایر کشورهای ساحلی نیز به این جرگه بپیوندند. حامیان این فناوری بر این باورند که مزایای انکارناپذیر این حوزه‌ی نوظهور، خود بهترین معرف آن خواهد بود.

در صورت فراگیر شدن این فناوری، ظرفیت تولید آن بسیار گسترده خواهد بود. سالانه حدود ۳۰ هزار تراوات‌ساعت انرژی اسمزی به شکل طبیعی در دلتاها و مصب رودخانه‌ها آزاد می‌شود که در انتظار مهار شدن است. «بنیاد آینده دبی» برآورد می‌کند که سیستم‌های اسمزی در نهایت قادر خواهند بود سالانه نزدیک به ۵۱۷۷ تراوات‌ساعت برق تولید کنند؛ رقمی که تقریبا معادل یک‌پنجم کل نیاز جهانی به الکتریسیته است.

با این همه، توسعه‌ این فناوری در مقیاس وسیع با چالش‌هایی همچون راندمان نسبتاً پایین انرژی روبروست. اگرچه نیروگاه ژاپن به لطف بهره‌گیری از آب‌نمک بسیار غلیظ کارخانه‌ آب‌شیرین‌کن، به بازدهی قابل قبولی دست یافته است، اما سایر پروژه‌ها لزوماً از چنین مزیتی برخوردار نخواهند بود. با این حال، در مناطقی که شرایط برای پیاده‌سازی این فناوری مهیاست، پتانسیل آن انکارناپذیر است.

دکتر «کاترین دنیل»، مدیر «دانشکده‌ی سایبرنتیک دانشگاه ملی استرالیا»، در مصاحبه‌ای با «مجمع جهانی اقتصاد» می‌گوید: «در مقیاس جهانی، به‌ویژه در مناطق سرشار از نمک مانند استرالیا و خاورمیانه که دسترسی به آب شور بسیار بیشتر از آب شیرین است، این سیستم‌ها ظرفیت فوق‌العاده‌ای برای تأمین انرژی پایدار (بار پایه) و همچنین تولید آب پاک دارند.»