به گزارش آژانس خبری حقیقت نگار، آذر کریمزاده: هیدروژن سبز بهعنوان یکی از ارکان اصلی کربنزدایی صنایع سنگین مانند فولادسازی، صنایع شیمیایی و تولید کودهای شیمیایی شناخته میشود. بااینحال، تولید آن با یک چالش اقتصادی و زیستمحیطی روبهرو است؛ زیرا تولید هیدروژن از طریق الکترولیز به آبی با خلوص بسیار بالا نیاز دارد؛ آبی که تولید آن پرهزینه بوده و انرژی زیادی مصرف میکند. این محدودیت، در کنار سایر چالشها، گسترش تولید هیدروژن سبز در مقیاس وسیع را دشوار کرده است.
بااینحال، پژوهشی مهم از دانشکده مهندسی پرینستون میتواند این معادله را تغییر دهد. این تحقیق نشان میدهد که تغذیه الکترولایزرها با آبهای فاضلاب تصفیهشده از نظر فنی امکانپذیر است. این دستاورد دو مزیت مهم به همراه دارد که نتایج آن میتواند گامی مهم در جهت تولید پایدارتر و اقتصادیتر هیدروژن سبز باشد:
* حفظ منابع آب آشامیدنی محلی و کاهش فشار بر منابع آب شیرین؛
* کاهش هزینههای تصفیه آب تا ۴۷ درصد در فرایند تولید هیدروژن سبز.
منبعی محلی و فراوان
مهمترین مانع در فرایند متداول الکترولیز، نیاز به آبی با درجه خلوص بسیار بالا است؛ آبی که معمولاً با استفاده از فرایندهای پیچیدهای مانند اسمز معکوس تولید میشود. هدف از این تصفیه، حذف ناخالصیهایی است که میتوانند عملکرد واکنش الکتروشیمیایی را مختل کنند، اما این فرایندها هزینه نهایی تولید هیدروژن را به طور قابلتوجهی افزایش میدهند. به گفته پروفسور جیسون رن، نویسنده اصلی این پژوهش، راهحل این مشکل در دسترس است. او میگوید: “هر شهری یک تصفیهخانه فاضلاب دارد. ” وی با اشاره به این موضوع، بر ظرفیت بالای فاضلاب تصفیهشده بهعنوان منبعی محلی، غیرمتمرکز و در دسترس با حجم زیاد تأکید میکند.
تا پیشازاین، تلاشها برای استفاده از آبهای بازیافتی در تولید هیدروژن معمولاً خیلی زود با شکست روبهرو میشد. دلیل اصلی این مشکل، وجود یونهای کلسیم و منیزیم در آب بود؛ همان موادی که باعث تشکیل رسوبات آهکی (جرم) در وسایل خانگی میشوند. این رسوبات بهتدریج غشای الکترولایزر را مسدود کرده و کارایی دستگاه را از بین میبردند.
کاهش هزینهها بدون کاهش عملکرد
برای رفع این مشکل، یک تیم پژوهشی روشی نوآورانه توسعه دادهاند که بر اسیدیسازی کنترلشده آب با استفاده از اسیدسولفوریک استوار است. این محیط اسیدی باعث ایجاد جریان غالب پروتونها میشود که اثر یونهای نامطلوب را خنثی کرده، رسانایی سامانه را حفظ میکند و امکان تولید پیوسته هیدروژن برای بیش از ۳۰۰ ساعت را بدون افت محسوس عملکرد فراهم میسازد. فراتر از امکانپذیری فنی، این روش از نظر اقتصادی نیز مزایای قابلتوجهی دارد. بر اساس نتایج این پژوهش، استفاده از این فناوری میتواند هزینه انرژی موردنیاز برای تصفیه آب را تا ۶۲ درصد کاهش دهد. همچنین، اسیدسولفوریک مورداستفاده در یک مدار بسته گردش میکند؛ بنابراین از خروج آن به محیط زیست جلوگیری شده و اثرات زیستمحیطی این فرایند به حداقل میرسد. این دستاورد، چشماندازهای جدیدی را برای اجرای راهبرد ملی توسعه هیدروژن ایجاد میکند. در آینده، میتوان واحدهای تولید هیدروژن را در کنار تصفیهخانههای فاضلاب احداث کرد تا هم از منابع موجود بهصورت بهینه استفاده شود و هم زیرساختها کارآمدتر شوند. تیم پژوهشی دانشگاه پرینستون اکنون با شرکای صنعتی همکاری میکند تا این فناوری را در مقیاس بزرگتر آزمایش کرده و امکان استفاده از آن برای منابع آبی دیگر، از جمله آب دریا که پیشتصفیه شده باشد، نیز بررسی کند.
برایناساس میتوان به مثال دیگری اشاره کرد که بهصورت بهینه از آبهای خاکستری و کثیف خانگی بهرهبرداری میکند تا بدینوسیله از هدررفتن و اسراف بیرویه آبهای تصفیه شده خانگی جلوگیری به عمل آورد:
شرکت سوپرما، متخصص مستقر در شهر استراسبورگ در زمینه راهکارهای فنی برای صنعت ساختمان، در فراخوان پروژههایی که توسط آژانس محیطزیست و مدیریت انرژی فرانسه برگزار میشود، در بخش «کیفیت آب» بهعنوان برنده انتخاب شد. پروژه برگزیده این شرکت امکان تصفیه و استفاده مجدد از آبهای خاکستری خانگی را فراهم میکند. این موفقیت، راهبرد نوآوری این گروه مستقر در استراسبورگ را که در زمینه ارائه راهکارهای فنی برای فعالان صنعت ساختمان فعالیت میکند، بیشازپیش تأیید میکند.
پروژه برگزیده این شرکت بر فناوری تصفیه طبیعی با گیاهان استوار است و هدف آن توسعه سامانههای تصفیه آب بر روی بام ساختمانهاست تا آب تصفیهشده برای سیفون سرویسهای بهداشتی و آبیاری فضاهای سبز مورد استفاده مجدد قرار گیرد. این پروژه عمدتاً بر پایه راهکار اسکای واتر طراحی شده است؛ سامانهای که برای تصفیه و استفاده مجدد از آبهای خاکستری ناشی از مصارف بهداشتی مانند دوش، روشویی و ماشین لباسشویی در نظر گرفته شده و آبهای سیاه (فاضلاب توالت) و فاضلاب آشپزخانه را شامل نمیشود. این محدودیت بهمنظور تضمین سطح ایمنی بهداشتی مطابق با الزامات و مقررات جاری در نظر گرفته شده است.
تصفیه طبیعی آب بر روی بام ساختمان
اصل فناوری این سامانه بر پایه تصفیه طبیعی با گیاهان بر روی بام ساختمان است و از سازوکارهای طبیعی فیلتراسیون و تجزیه زیستی آلایندهها بهره میگیرد. آبهای خاکستری جمعآوریشده از طریق یک فیلتر گیاهی که از گیاهان آبزی و میکروارگانیسمها تشکیل شده است، تصفیه میشوند. این موجودات قادرند مواد آلی موجود در آب را تجزیه کنند. این سامانه شامل یک چرخه تصفیه در پنج مرحله متوالی است که از طریق یک اتاق فنی با حداقل ۲۰ مترمربع مساحت کنترل و مدیریت میشود.
فرایند تصفیه با انتقال ثقلی آبهای خاکستری به زیرزمین آغاز میشود. سپس مرحله پیشتصفیه انجام میگیرد که شامل جداسازی مواد جامد و فیلتراسیون با استفاده از مواد زیستپایه (مواد با منشأ طبیعی و تجدیدپذیر) است. پس از شفافسازی، آب به بام ساختمان منتقل میشود؛ جایی که مرحله اصلی تصفیه طبیعی با گیاهان درون حوضچهای حاوی حدود ۲۰ سانتیمتر بستر ویژه تصفیه انجام میشود. در این محیط، ریشههای گیاهان محل استقرار باکتریهایی هستند که آلایندههای آلی را تجزیه و حذف میکنند. در پایان، پیش از استفاده مجدد، آب با آباکسیژنه (پراکسید هیدروژن) ضدعفونی میشود تا کیفیت آن به سطح موردنیاز مطابق با مقررات و استانداردهای بهداشتی برسد.
نمایش مزایای این فناوری
کارایی عملی این راهکار با پروژه آزمایشی “لو گراند شارل” که در دفتر مرکزی شرکت سوپرما نصب شده، به نمایش گذاشته شده است. این سامانه آزمایشی توانایی تصفیه روزانه بین ۲ تا ۳ مترمکعب آب را دارد و بهگونهای طراحی شده که بتواند بارش شدید با دوره بازگشت ۵۰ساله را بدون سرریز مدیریت کند. در این سیستم، بیش از ۲۵ گونه گیاهی در فرایند تصفیه و فیلتراسیون آب مشارکت دارند. آب تصفیهشده برای تأمین آب سیفون سرویسهای بهداشتی و آبیاری فضاهای سبز مورد استفاده قرار میگیرد و در نتیجه، مصرف آب آشامیدنی را تا ۳۰ درصد کاهش میدهد. این عملکرد در راستای اهداف طرح ملی آب فرانسه است که هدف آن اجرای یک هزار پروژه استفاده مجدد از آب تا سال ۲۰۲۷ است.
علاوه بر مدیریت منابع آب، اسکای واتر مزایای دیگری نیز برای ساختمان و محیط پیرامون آن به همراه دارد. این سامانه که بر پایه راهکارهای طبیعی طراحی شده است، با بهرهگیری از تبخیر و تعرق گیاهان به کاهش جزایر گرمایی شهری کمک کرده و موجب خنکسازی غیرفعال ساختمانها میشود. همچنین این فناوری باعث افزایش تنوع زیستی محلی و بهبود زیبایی بصری بام ساختمانها نیز میشود.
بنابراین، این فناوری در حال حاضر مختص ساختمانهای نوساز با سازه بتنی است و در چارچوب مقررات تعیینشده درباره استفاده از آبهای غیرقابلشرب قرار میگیرد. ازاینرو، این راهکار گامی مهم در توسعه ساختمانسازی پایدار به شمار میرود.
نظرات کاربران
بدون نظر