برخلاف سیستم های آب شیرین کن رایج که در مناطق ساحلی و نزدیک به دریا راه اندازی می شوند، آب شیرین کن زیر دریا سیستم هایی بی صدا هستند که صدها متر زیر سطح دریا و دور از چشم انسان کار می کنند. در اعماق دریا فشار طبیعی آب به کمک علم مهندسی و طراحی سیستم های تصفیه آب دریایی می آید تا قواعد سنتی شیرین سازی آب دریا را بازنویسی کند و مسیر تازه ای برای تامین آب شیرین باز کند.
در دورانی که رشد جمعیت، تغییرات اقلیمی و کاهش منابع آب شیرین، بحران کم آبی را به یکی از جدی ترین چالش های قرن تبدیل کرده است، ایده استقرار آب شیرین کن در اعماق دریا دیگر یک مفهوم علمی- تخیلی نیست، بلکه راه حلی نوآورانه برای آینده منابع آبی جهان محسوب می شود.
راه اندازی نخستین آب شیرین کن زیردریا جهان توسط Flocean
شرکت فلوشن (Flocean AS)، یک استارت آپ نروژی فعال در حوزه فناوری آب و تصفیه آب دریا با استفاده از سیستم های زیر دریا (subsea)، اعلام کرده که در مسیر راه اندازی اولین تاسیسات آب شیرین کن تجاری زیردریا در جهان قرار دارد. این پروژه که با نام Flocean One شناخته می شود، قرار است در سال 2026 در مانگستاد (Mongstad، مجموعه صنعتی بزرگ در ساحل غربی نروژ)، عملیاتی شود و آب شیرین مورد نیاز صدها هزار نفر را از طریق فناوری خاص درعمق دریا فراهم کند.
مجله TIME در فهرست سالانه بهترین اختراعات سال 2025 (Best Inventions of 2025) این فناوری را معرفی کرد و آن را یکی از «نوآوری هایی که جهان را بهتر، کارآمدتر و تاثیرگذارتر می کند» دانست. در این فناوری، برخلاف آب شیرین کن های ساحلی معمول، واحدهای تصفیه در عمق 300 تا 600 متر زیر سطح دریا نصب می شوند و با فرایندهای مخصوص آب را در حجم بالا تصفیه و شیرین می کنند.
آبشیرینکن زیرآبی چیست؟
آب شیرین کن زیرآبی یا Subsea SWRO به نوعی سیستم اسمز معکوس آب دریا گفته می شود که به جای استقرار در خشکی، در زیر سطح دریا نصب می شود و از شرایط طبیعی اعماق برای افزایش بهره وری استفاده می کند. فرایند شیرین سازی آب در آبتصفیه کن های زیرآبی شامل مراحل زیر می شود:
- پیش تصفیه با اسکرین و فیلتر (Inlet Screen & Filter): آب خام دریا تحت فشار هیدرواستاتیک طبیعی که در اعماق وجود دارد، وارد سامانه می شود و در اولین گام از آشغالگیر و فیلتر توری پیش تصفیه عبور می کند تا ذرات درشت، شن و آلودگی های فیزیکی حذف شوند.
- پمپ کراس فلو (Crossflow Pump): سپس آب پیش تصفیه شده وارد پمپ کراسفلو می شود. وظیفه این پمپ ایجاد جریان عرضی یکنواخت روی سطح ممبران هاست تا از تجمع ذرات، رسوب گذاری و فولینگ آن جلوگیری شود.
- ممبران های اسمز معکوس (Reverse Osmosis Membranes): در این مرحله، آب دریا از ممبران های RO عبور کرده، نمک ها و املاح محلول جدا می شوند و آب شیرین (پرمیت) تولید می گردد. فشار طبیعی محیط زیردریا کمک میکند فشار موردنیاز اسمزی با انرژی کمتر تامین شود.
- پمپ محصول (Product Pump): برخلاف آب شیرین کن های ساحلی، در این طراحی پمپ فشاربالا در سمت آب شیرین قرار دارد. پمپ محصول، آب تصفیه شده را از میان المان های RO میکِشد و همزمان فشار آن را افزایش می دهد تا آب شیرین به ساحل منتقل شود. این رویکرد باعث تمرکز مصرف انرژی فقط روی آب محصول می شود.
- خروج پساب یا کنسانتره سبز (Green Concentrate): جریان شور باقی مانده (کنسانتره) با دبی کمتر و بدون افزودن مواد شیمیایی مضر به محیط دریا بازگردانده می شود. به دلیل نرخ ریکاوری پایین، فشار ترانس ممبران و تجمع املاح و آلاینده ها کاهش یافته و اثرات زیست محیطی به حداقل می رسد.
- بک فلاش پیش تصفیه (Backflush Line): سیستم دارای خط بک فلاش است که با استفاده از جریان معکوس آب پرمیت، بخش پیش تصفیه را شست و شو می دهد.
چرا شیرین سازی آب دریا به فناوری های نوین نیاز دارد؟
افزایش جمعیت، تغییرات اقلیمی و کاهش منابع آب شیرین باعث شده اند که آب شیرین کن های متداول دیگر پاسخگوی نیاز آینده نباشند. سیستم های سنتی اسمز معکوس دریایی اگرچه کارآمد هستند، اما مصرف انرژی بالا، اشغال زمین های ساحلی، آلودگی صوتی، وابستگی به زیرساخت های سنگین و اثرات زیست محیطی از جمله چالش های جدی آن ها محسوب می شود.
در چنین شرایطی، توسعه فناوری های نوین مانند آبشیرینکن زیرآبی نه یک انتخاب، بلکه یک ضرورت برای تامین پایدار آب در سال های آینده است. سنهال دسای، مدیر ارشد رشد و نوآوری در زایلم و یکی از سرمایه گذاران پروژه Flocean، می گوید: «فناوری نمک زدایی زیر دریا توسط Flocean، جهشی نوآورانه در تولید آب شیرین و پاسخی جسورانه به بحران کمبود آب است که یکی از مهم ترین چالش های امروز به حساب می آید.» فناوریهای جدید که درحال آماده سازی برای اجرا هستند، همزمان مصرف انرژی، هزینه و اثرات زیست محیطی را کاهش می دهند.
انتقال تاسیسات تصفیه آب به زیر دریا چگونه مشکل انرژی را حل می کند؟
به نقل از الکساندر فوگلسانگ، مدیرعامل این شرکت: «به جای نیروگاههای ساحلی پر سر و صدا، پرمصرف و آلودهکننده انرژی، نمک زدایی به غلاف های بی صدا تبدیل می شود که در بستر دریا قرار دارند.»
انتقال واحدهای نمک زدایی از خشکی به اعماق دریا، منطق مصرف انرژی را به طور بنیادی تغییر می دهد. در سیستم های تصفیه زیردریا، به جای تولید مصنوعی فشارهای بسیار بالا با پمپ های پرمصرف، از فشار طبیعی ستون آب در عمق 300 تا 600 متری استفاده می شود. این فشار طبیعی بخش عمده فشار اسمزی موردنیاز فرآیند اسمز معکوس را تامین می کند و باعث می شود انرژی الکتریکی فقط برای آب محصول (پرمیت) مصرف شود، نه کل جریان آب ورودی. نتیجه این رویکرد، کاهش قابل توجه مصرف ویژه انرژی (SEC) و حذف نیاز به نیروگاه های بزرگ ساحلی است.
نقش فشار طبیعی اعماق دریا در عملکرد آبتصفیه کن های زیرآبی
در اعماق اقیانوس، فشار هیدرواستاتیک به طور طبیعی به چند ده بار می رسد؛ این میزان بسیار نزدیک به فشار موردنیاز فرآیند اسمز معکوس آب دریاست. این ویژگی منحصر به فرد باعث می شود که در آب شیرین کن های زیرآبی، اختلاف فشار روی ممبران ها، لوله ها و وسل های RO کاهش یابد. در نتیجه، هم مصرف انرژی پایین تر می آید و هم امکان استفاده از تجهیزات سبک تر و کم هزینه تر فراهم می شود. علاوه بر این، کار در Recovery Rate یا نرخ بازیابی پایین بدون هدررفت انرژی، منجر به کاهش فولینگ، کاهش قطبش غلظتی و افزایش عمر ممبران ها می شود.این مزایا در سیستم های آب شیرین کن مستقر در خشکی به سختی قابل دستیابی است.
این فناوری جدید چه تفاوتی با آب شیرین کن های اسمز معکوس رایج دارد؟
فناوری جدید آب شیرین کن زیرآبی، برخلاف آب شیرین کن های اسمز معکوس متداول (SWRO) که در خشکی مستقر هستند و برای کل جریان آب دریا به پمپ های فشارقوی، پیش تصفیه گسترده و زیرساخت های سنگین نیاز دارند، از فشار طبیعی اعماق دریا به عنوان بخشی از نیروی محرک فرآیند استفاده می کند. همان طور که در تصویر مشخص است، سیستم آب شیرین کن زیر دریا Flocean با حذف بخش بزرگی از مصرف انرژی مربوط به مکش، پیش تصفیه و اعمال فشار مورد نیاز سیستم، مصرف کل انرژی را از حدود 3٫1 تا 4٫3 به حدود 1٫8 تا 2٫1 کیلووات ساعت بر مترمکعب کاهش می دهد.
علاوه بر این، فشار محیطی آب در اعماق، اختلاف فشار وارد بر لوله ها و پرشروسل ها را کم کرده و امکان استفاده از تجهیزات ساده تر و کم هزینه تر را فراهم می سازد. در حالی که در سیستم های آب سیرین کن رایج، تجهیزات باید برای تحمل فشارهای بسیار بالا طراحی شوند. نتیجه این تفاوت ها، کاهش شدید مصرف انرژی، بیش از 95٪ اشغال کمتر زمین، هزینه نصب پایین تر و اثرات زیست محیطی به مراتب کمتر نسبت به آب شیرین کن های اسمز معکوس رایج است.
کاهش مصرف انرژی و هزینه؛ مهم ترین مزیت آب شیرین کن زیرآبی
آب شیرین کن های زیرآبی با تکیه بر فشار طبیعی اعماق دریا و حذف بسیاری از محدودیت های رایج در تاسیسات ساحلی، تحولی اساسی در کاهش مصرف انرژی و هزینه های بهره برداری ایجاد کرده اند. لکساندر فوگلسانگ (Alexander Fuglesang)، بنیانگذار و مدیرعامل فلوسین، می گوید: «ما در حال پیشرفت تدریجی نیستیم، ما در حال تغییر و دگرگون سازی اقتصاد پایه آب هستیم.» مهم ترین مزیت آبشیرینکن زیرآبی شامل موارد زیر می شوند:
- کاهش 30 تا 50 درصدی مصرف انرژی و انتشار CO₂: استفاده از فشار طبیعی آب دریا در اعماق باعث می شود پمپ فشار بالا بجای در مسیر کل جریان خوراک، در سمت تولید آب تصفیه شده (Permeate) قرار گیرد. این طراحی، انرژی موردنیاز برای غلبه بر فشار اسمزی را به شدت کاهش داده و هزینه برق و ردپای کربنی سیستم را کم می کند.
- کاهش هزینه های سرمایه گذاری و بهره برداری OPEX و CAPEX: مصرف انرژی کمتر، به معنای تجهیزات کوچک تر، پمپ تصفیه آب صنعتی کم مصرف تر و هزینه نگهداری پایین تر است. همچنین استهلاک تجهیزات فشار بالا کاهش یافته و عمر مفید سیستم افزایش پیدا می کند.
- حذف یا کاهش هزینه های انتقال آب به مسافت های طولانی: آب شیرین کن های زیرآبی امکان نمک زدایی غیرمتمرکز را فراهم می کنند. این موضوع باعث کاهش هزینه لوله کشی، پمپاژ، نشت شبکه و هزینه های تعمیر و نگهداری خطوط انتقال آب می شود.
- آزادسازی زمین های ساحلی و کاهش هزینه های زیرساختی: این مزیت به ویژه برای مناطق پرتراکم ساحلی و جزایر کوچک که فضای کافی ندارند، از نظر اقتصادی بسیار مهم است.
- کاهش ریسک حوادث و هزینه های ایمنی نیروی انسانی: عدم حضور نیروی انسانی در مجاورت تجهیزات فشار بالا، ریسک حوادث صنعتی را کاهش داده و هزینه های ایمنی، بیمه و سایر موارد را کم می کند.
- کاهش هزینه های زیست محیطی و جریمه های احتمالی: تخلیه شورابه در اعماق با فعالیت زیستی پایین، بدون مواد شیمیایی و با رقیق سازی موثر و دقیق، اثرات زیست محیطی را به حداقل می رساند و ریسک محدودیت های قانونی و جریمه های زیست محیطی را کم می کند.
- مدیریت همزمان ریزپلاستیک ها با حداقل هزینه اضافی: در فناوری توسعه یافته توسط Flocean، حسگرهای زنده برای پایش و جمع آوری ریزپلاستیک ها به کار گرفته می شود. این قابلیت، بدون نیاز به سیستم های مجزای پرهزینه، همزمان با تولید آب شیرین انجام می گیرد.
آیا این فناوری می تواند پاسخی به بحران جهانی کم آبی باشد؟
آب شیرین کن های زیرآبی با مزایایی که دارند، امکان تامین پایدار آب شرب را برای شهرها و مناطق ساحلی فراهم می کنند و با کاهش هزینه های شیرین سازی آب، تاثیر زیادی در امنیت منابع آبی دارند. ترکیب نوآوری وعلم طراحی سیستم تصفیه آب باعث شده این رویکرد نسبت به روش های رایج، کارآمدتر و اقتصادی تر باشد.
با این حال توجه داشته باشید که این فناوری هنوز در مراحل ابتدایی تجاری سازی قرار دارد و پروژه هایی مانند طرح های توسعه یافته توسط Flocean فعلا در مقیاس محدود اجرا می شوند. بنابراین، هرچند آب شیرین کن زیرآبی به تنهایی راه حل فوری بحران جهانی آب نیست؛ اما با سرمایه گذاری، توسعه زیرساخت و چارچوب های قانونی مناسب می تواند در آینده نزدیک به یکی از ستون های اصلی تامین آب شیرین پایدار در جهان تبدیل شود.
جهت دریافت خدمات مشاوره و خرید کلیه تجهیزات و سیستم های تصفیه آب صنعتی و دریایی می توانید از طریق تماس با شماره 02179137 با کارشناسان سایت آبین در ارتباط باشید. متخصصان آبین به شما کمک می کنند تا بهترین راهکارها را برای تصفیه آب خوراک سیستم های تولیدی خود تامین کنید.
نظرات
دیدگاهی برای این مقاله ثبت نشده است