نمک‌زدایی زمین‌گرمایی

نمک‌زدایی زمین‌گرمایی (به انگلیسی: Geothermal desalination) به فرایند استفاده از انرژی زمین‌گرمایی برای تأمین انرژی مورد نیاز جهت تبدیل آب شور به آب شیرین اشاره دارد. این فرایند از نظر اقتصادی کارآمد در نظر گرفته می‌شود و اگرچه تأثیر کلی آن بر محیط زیست نامشخص است، اما پتانسیل آن را دارد که در مقایسه با گزینه‌های معمول نمک‌زدایی، سازگاری بیشتری با محیط زیست‌داشته باشد.[۱] نیروگاه‌های نمک‌زدایی زمین‌گرمایی تاکنون در مناطق مختلفی موفق بوده‌اند و پتانسیل توسعه بیشتر برای استفاده از این فرایند در تعداد بیشتری از مناطق دچار کمبود آب وجود دارد.[۲]

توضیح فرایند

نمک‌زدایی فرایند حذف مواد معدنی از آب دریا برای تبدیل آن به آب شیرین است. نمک‌زدایی از نظر فرایند به دو دسته تقسیم می‌شود: فرایندهای مبتنی بر انرژی حرارتی و فرایندهای مبتنی بر انرژی مکانیکی.[۳] نمک‌زدایی زمین‌گرمایی از انرژی زمین‌گرمایی به عنوان منبع انرژی حرارتی برای پیشبرد فرایند نمک‌زدایی استفاده می‌کند.

دو نوع نمک‌زدایی زمین‌گرمایی وجود دارد: مستقیم و غیرمستقیم.[۱][۳] در نمک‌زدایی زمین‌گرمایی مستقیم، آب دریا در یک تبخیرکننده تا نقطه جوش گرم شده و سپس به یک چگالنده منتقل می‌شود.[۴] در مقابل، نمک‌زدایی زمین‌گرمایی غیرمستقیم، انرژی زمین‌گرمایی را به الکتریسیته تبدیل می‌کند که سپس برای نمک‌زدایی غشایی استفاده می‌شود.[۴] اگر انرژی زمین‌گرمایی به صورت غیرمستقیم استفاده شود، می‌تواند برای تولید برق جهت فرایند نمک‌زدایی آب و همچنین تولید برق مازاد برای مصرف‌کنندگان به کار رود.[۵] به همین ترتیب، اگر انرژی زمین‌گرمایی به صورت مستقیم استفاده شود، انرژی مازاد زمین‌گرمایی می‌تواند برای پیشبرد فرایندهای گرمایشی و سرمایشی مورد استفاده قرار گیرد.[۵]

کاربردها

کنونی

یکی از کاربردهای نمک‌زدایی زمین‌گرمایی، تولید آب شیرین برای کشاورزی است.[۶] یک نمونه از کاربردهای کشاورزی انرژی زمین‌گرمایی، میدان زمین‌گرمایی بالچوا-ناریدره (BNGF) در ترکیه است.[۶] با این حال، آرسنیک و بور، دو عنصر بالقوه سمی، در آب زمین‌گرمایی مورد استفاده برای تولید برق یافت شده‌اند.[۶] از زمان ساخت نیروگاه نمک‌زدایی زمین‌گرمایی در این منطقه، این عناصر سمی چاه‌های آب شیرین را آلوده کرده و این آب را برای کشاورزی غیرقابل استفاده کرده‌اند.[۶] به دلیل افزایش آلودگی در محیط اطراف، این پروژه موفقیت‌آمیز تلقی نمی‌شود.[۶]

کاربرد دیگر نمک‌زدایی زمین‌گرمایی، تولید آب آشامیدنی است، همان‌طور که در پروژه جزیره میلوس در یونان نشان داده شد که کاملاً به انرژی زمین‌گرمایی برای تولید آب نمک‌زدایی‌شده متکی بود.[۳] این نیروگاه به این دلیل ساخته شد که انرژی زمین‌گرمایی در این منطقه به راحتی در دسترس است، زیرا جزیره میلوس در یک منطقه آتشفشانی واقع شده است که استفاده از انرژی زمین‌گرمایی را به روشی مناسب برای تأمین انرژی نمک‌زدایی آب شور تبدیل می‌کند.[۳] نیروگاه جزیره میلوس از ترکیبی از نمک‌زدایی مستقیم و غیرمستقیم استفاده می‌کند.[۳] برخلاف پروژه BNGF، این پروژه موفقیت‌آمیز تلقی می‌شود زیرا آب آشامیدنی را بدون آلوده کردن محیط زیست و با هزینه کم تنها با استفاده از انرژی زمین‌گرمایی تولید کرد.[۳]

پتانسیل آینده

تحقیقات نشان می‌دهد که نمک‌زدایی زمین‌گرمایی می‌تواند در برخی از مناطق دارای کمبود آب اجرا شود، زیرا راهکاری نسبتاً کم‌هزینه برای افزایش آب شیرین در دسترس است.[۲] به‌ویژه، دو منطقه‌ای که دارای منابع زمین‌گرمایی فراوان هستند و با کمبود آب مواجه‌اند، کالیفرنیا و عربستان سعودی هستند.[۲] از آنجا که این مناطق در حال حاضر نیروگاه‌های نمک‌زدایی موجود دارند، اجرای نیروگاه‌های نمک‌زدایی زمین‌گرمایی نسبتاً آسان خواهد بود.[۲]

علاوه بر این، با بهبود فناوری تولید انرژی زمین‌گرمایی، نمک‌زدایی زمین‌گرمایی در مناطق بیشتری امکان‌پذیر خواهد شد.[۲] فناوری‌هایی که در حال حاضر در حال توسعه هستند، اجازه می‌دهند آب زمین‌گرمایی که برای تولید انرژی استفاده می‌شود، همان آبی باشد که نمک‌زدایی می‌شود.[۲] این امر به مناطقی که نزدیک به اقیانوس نیستند اجازه می‌دهد تا نمک‌زدایی زمین‌گرمایی را انجام دهند، که پتانسیل مناطق برای انجام نمک‌زدایی زمین‌گرمایی را به طور گسترده‌ای افزایش می‌دهد.[۲]

انواع مختلف نمک‌زدایی تجدیدپذیر

تأثیرات زیست‌محیطی

بخش عمده‌ای از تأثیرات زیست‌محیطی در فرایند نمک‌زدایی زمین‌گرمایی ناشی از استفاده از انرژی زمین‌گرمایی است، نه خود فرایند نمک‌زدایی. نمک‌زدایی زمین‌گرمایی هم مزایا و هم معایب زیست‌محیطی دارد.[۱] یکی از مزایا این است که انرژی زمین‌گرمایی یک منبع انرژی تجدیدپذیر است و گازهای گلخانه‌ای کمتری نسبت به منابع انرژی غیرتجدیدپذیر منتشر می‌کند. مزیت دیگر برای محیط زیست این است که انرژی زمین‌گرمایی در مقایسه با انرژی باد یا خورشیدی، ردپای زمینی کوچک‌تری دارد.[۷] به طور دقیق‌تر، تخمین زده‌شده است که زمین مورد نیاز برای سایت نمک‌زدایی زمین‌گرمایی، ۱. ۲ تا ۲. ۷ ترا‌متر مربع برای هر مگاوات انرژی تولیدی است.[۲]

یکی از معایب زیست‌محیطی این است که نمک‌زدایی زمین‌گرمایی یک فرایند انرژی‌بر است؛ مصرف انرژی از حدود ۴ تا ۲۷ کیلووات ساعت به ازای هر متر مربع از نیروگاه نمک‌زدایی متغیر است.[۱] علاوه بر این، برخی از محققان نگران هستند که به دلیل عدم وجود مقررات در مورد انتشار کربن دی‌اکسید در اتمسفر زمین (CO2) از نیروگاه‌های زمین‌گرمایی، به‌ویژه در ایالات متحده آمریکا، انتشارات مضر قابل توجهی از CO2 از این نیروگاه‌ها وجود دارد که اندازه‌گیری نمی‌شوند.[۸] مشخص‌شده است که الکتریسیته زمین‌گرمایی عناصر سمی مانند جیوه، بور و آرسنیک را به محیط زیست نشت می‌دهد، به این معنی که نیروگاه‌های نمک‌زدایی زمین‌گرمایی یک خطر بالقوه برای سلامت محیط اطراف خود هستند. با این حال، در نهایت، پیامدهای زیست‌محیطی بلندمدت نیروگاه‌های نمک‌زدایی زمین‌گرمایی هنوز مشخص نیست.[۸]

عوامل اقتصادی

انرژی زمین‌گرمایی به چرخه‌های روز و شب و شرایط آب و هوایی وابسته نیست، به این معنی که دارای ضریب ظرفیت بالایی است که معیاری برای میزان کارکرد نیروگاه در حداکثر توان است.[۷] این امر یک منبع انرژی پایدار و قابل اعتماد فراهم می‌کند.[۷] این همچنین بدان معناست که نیروگاه‌های نمک‌زدایی زمین‌گرمایی می‌توانند در هر شرایط آب و هوایی و در هر زمانی از روز کار کنند.[۷] از نظر ظرفیت، ایالات متحده آمریکا، اندونزی، فیلیپین، ترکیه، نیوزیلند و مکزیک ۷۵ درصد از ظرفیت انرژی زمین‌گرمایی جهان را به خود اختصاص داده‌اند.[۹] انجام نمک‌زدایی زمین‌گرمایی در این کشورها به دلیل ظرفیت انرژی زمین‌گرمایی آن‌ها از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌ترین است.[۹]

به‌ویژه برای نمک‌زدایی غشایی، استفاده از انرژی زمین‌گرمایی هزینه را در مقایسه با استفاده از سایر منابع انرژی کاهش می‌دهد.[۲] دلیل این امر آن است که الکتریسیته زمین‌گرمایی به‌طور سنتی با هزینه‌ای رقابتی در مقایسه با سایر منابع انرژی از جمله سوخت‌های فسیلی تولید می‌شود؛ یک مطالعه در سال ۲۰۱۱ هزینه را ۰.۱۰ دلار بر کیلووات ساعت تخمین می‌زند.[۲] به‌طور مشخص، وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا تخمین زده است که نمک‌زدایی زمین‌گرمایی می‌تواند آب نمک‌زدایی‌شده را با هزینه ۱.۵۰ دلار به ازای هر متر مکعب آب تولید کند.[۲]

تاریخچه

منشأ دقیق نمک‌زدایی زمین‌گرمایی مشخص نیست؛ با این حال، برخی از کارهای اولیه به لئون آوربوخ، دانشمندی که در آن زمان در بخش تحقیق و توسعه در بکتل کار می‌کرد، نسبت داده می‌شود که فرایند استفاده از انرژی زمین‌گرمایی برای نمک‌زدایی آب را در سال ۱۹۷۲ پیشنهاد کرد.[۱۰][۱۱] در سال ۱۹۹۴، یک نمونه اولیه که از انرژی زمین‌گرمایی برای تأمین انرژی نمک‌زدایی استفاده می‌کرد، توسط کالدور-مارسی ساخته شد.[۱۲] این نمونه اولیه قادر بود چند متر مکعب آب نمک‌زدایی‌شده در روز تولید کند.[۱۲] در سال ۱۹۹۵، یک نیروگاه نمونه اولیه نمک‌زدایی زمین‌گرمایی در تونس ساخته شد که یکی از اولین موارد مستند از یک نیروگاه نمک‌زدایی زمین‌گرمایی است. ظرفیت آن سه متر مکعب آب در روز بود که می‌توانست نیازهای جوامع اطراف را برآورده کند. هزینه آب ۱.۲۰ دلار به ازای هر متر مکعب تخمین زده شد.[۱۳]

جستارهای وابسته


پانویس

  1. 1 2 3 4 Prajapati, Mitul; Shah, Manan; Soni, Bhavna (2021). "A review of geothermal integrated desalination: A sustainable solution to overcome potential freshwater shortages". Journal of Cleaner Production. 326 129412. Bibcode:2021JCPro.32629412P. doi:10.1016/j.jclepro.2021.129412.
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Gude, Veera Gnaneswar (2016). "Geothermal source potential for water desalination – Current status and future perspective". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 57: 1038–1065. Bibcode:2016RSERv..57.1038G. doi:10.1016/j.rser.2015.12.186.
  3. 1 2 3 4 5 6 Goosen, Mattheus; Mahmoudi, Hacene; Ghaffour, Noreddine (2010). "Water Desalination Using Geothermal Energy". Energies. 3 (8): 1423–1442. doi:10.3390/en3081423. hdl:10754/334614.
  4. 1 2 El-Dessouky, Hisham T.; Ettouney, Hisham M. (2002). Fundamentals of Salt Water Desalination. doi:10.1016/B978-0-444-50810-2.X5000-3. ISBN 978-0-444-50810-2.
  5. 1 2 Esmaeilion, Farbod; Ahmadi, Abolfazl; Hoseinzadeh, Siamak; Aliehyaei, Mehdi; Makkeh, Seyed Ali; Astiaso Garcia, Davide (2 November 2021). "Renewable energy desalination; a sustainable approach for water scarcity in arid lands". International Journal of Sustainable Engineering. 14 (6): 1916–1942. doi:10.1080/19397038.2021.1948143.
  6. 1 2 3 4 5 Tomaszewska, Barbara; Akkurt, Gulden Gokcen; Kaczmarczyk, Michał; Bujakowski, Wiesław; Keles, Nazli; Jarma, Yakubu A.; Baba, Alper; Bryjak, Marek; Kabay, Nalan (2021). "Utilization of renewable energy sources in desalination of geothermal water for agriculture". Desalination. 513 115151. Bibcode:2021Desal.51315151T. doi:10.1016/j.desal.2021.115151. hdl:11147/11578.
  7. 1 2 3 4 Vargas, Carlos A.; Caracciolo, Luca; Ball, Philip J. (18 March 2022). "Geothermal energy as a means to decarbonize the energy mix of megacities". Communications Earth & Environment. 3 (1) 66. Bibcode:2022ComEE...3...66V. doi:10.1038/s43247-022-00386-w.
  8. 1 2 Bayer, Peter; Rybach, Ladislaus; Blum, Philipp; Brauchler, Ralf (2013). "Review on life cycle environmental effects of geothermal power generation". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 26: 446–463. Bibcode:2013RSERv..26..446B. doi:10.1016/j.rser.2013.05.039.
  9. 1 2 "Geothermal Energy Factsheet". Center for Sustainable Systems (in English). Retrieved 2022-11-03.
  10. ↑ "Mr. Leon Awerbuch". Idadesal (in American English). Retrieved 2022-11-01.
  11. ↑ Kalogirou, S (2005). "Seawater desalination using renewable energy sources". Progress in Energy and Combustion Science. 31 (3): 242–281. Bibcode:2005PECS...31..242K. doi:10.1016/j.pecs.2005.03.001.
  12. 1 2 Bourouni, K.; Martin, R.; Tadrist, L.; Chaibi, M.T. (1999). "Heat transfer and evaporation in geothermal desalination units". Applied Energy. 64 (1–4): 129–147. Bibcode:1999ApEn...64..129B. doi:10.1016/S0306-2619(99)00071-9.
  13. ↑ Bourouni, K.; Tunisia, Tunis; Tunisia, Ariana (2005). "Application of Geothermal Energy for Brackish Water Desalination in the South of Tunisia". Proceedings World Geothermal Congress 2005: Antalya, Turkey, 24-29 April 2005. S2CID 56113741.

منابع

This page is issued from ویکی‌پدیا. The text is available under Creative Commons Attribution-Share Alike 4.0 unless otherwise noted. Additional terms may apply for the media files.