بیا یه داستان جالب از ژاپن برات تعریف کنم: ژاپنی‌ها اولین نیروگاه برق اسمزی (osmotic power plant یعنی یه جایی که با کمک اختلاف غلظت نمک بین دو آب مختلف، برق درست می‌کنن!) رو تو آسیا راه انداختن. البته این دومین نیروگاه از این نوع تو کل دنیاست و قبلی تو دانمارک بوده که سال ۲۰۲۳ کارش رو شروع کرد.
این نیروگاه جدید تو فوکوئوکا (Fukuoka) هست و برقش قراره سالی حدود ۸۸۰ هزار کیلووات ساعت تولید کنه که عمدتاً برای یه مرکز نمک‌زدایی (desalination یعنی جایی که نمک رو از آب جدا می‌کنن که بتونن آب شیرین درست کنن) استفاده میشه و به مردم هم برق میده. مثلاً می‌گن می‌تونه حدود ۲۲۰ خانواده ژاپنی رو پوشش بده؛ حالا نه این که خیلی عدد عجیبی باشه ولی خب تازه اول راهه!
یکی از ویژگی‌های باحال این نیروگاه اینه که برق تولیدیش هیچ ربطی به شرایط آب و هوا یا روز و شب بودن نداره و تقریباً دائمیه. یعنی این مثل انرژی خورشیدی یا بادی نیست که با ابری بودن یا بی‌باد بودن برقش قطع شه. تازه دوستدار محیط زیست هم هست چون اصلاً موقع تولید برق، کربن‌دی‌اکسید آزاد نمی‌کنه!
خب حالا چجوری کار می‌کنه؟ قضیه اینه که این نیروگاه از پدیده اُسمز استفاده می‌کنه. اُسمز یعنی یه حرکت طبیعی آب که از محلول رقیق‌تر می‌ره سمت محلول غلیظ‌تر از طریق یک غشا یا ممبران نیمه‌تراوا (semipermeable membrane یعنی یه سطح که فقط بعضی چیزها رو از خودش رد می‌کنه)، تا به تعادل برسه. اینجا از یه طرف آب شور غلیظ داریم که در واقع همون شورآبیه که بعد تصفیه آب شیرین به‌جا می‌مونه (یعنی بریِن یا همون آب شورِ باقی‌مونده)، و از طرف دیگه آب تصفیه‌شده داریم که مال سیستم فاضلاب شهره.
وقتی این دو آب رو دو طرف یه ممبران نیمه‌تراوا قرار میدن، آب کم‌نمک هی سعی می‌کنه وارد بخش پرنمکتر بشه. این حرکت یه فشار طبیعی ایجاد می‌کنه که می‌تونن ازش واسه چرخوندن یه توربین و در نهایت یه ژنراتور استفاده کنن تا برق تولید شه. خلاصه ایده پشتش کاملاً فیزیکی و باحاله!
البته راه‌اندازی همچین نیروگاهی دردسر داره. مثلاً کلی انرژی باید صرف بشه تا این دو جریان آب رو با فشار مناسب توی نیروگاه پمپ کنن یا با اصطکاکی که آب از ممبران رد میشه، کمی انرژی از دست می‌ره. پروفسور ساندرا کنتیش توضیح داده که به خاطر همین چیزها، هنوز مقدار خالص انرژی‌ای که میگیرن خیلی بالا نیست و کلی چالش برای مقیاس بزرگ‌تر کردن این نیروگاه‌ها هست.
حالا بحث فناوری‌های جدید. مثلاً ژاپنی‌ها از آب شورِ خیلی غلیظ استفاده می‌کنن که همون بریِنِ تأسیسات نمک‌زداییه. اینطوری چون اختلاف نمک بین دو طرف بیشتر میشه، انرژی بیشتری هم میشه گرفت. شرکت Toyobo هم ممبران‌های خاصی ساخته (خلاصه یه مدل الیاف توخالی که فقط به آب اجازه رد شدن میدن و نمک و ناخالصی رو رد نمی‌کنن)، همین باعث شده کارایی این نیروگاه‌ها بره بالا. حتی یه استارتاپ فرانسوی هم داره روی یه مدل دیگه به اسم INOD (Ionic Nano Osmotic Diffusion) کار می‌کنه که با مواد زیستی و فناوری نانو تلاش می‌کنه کلی افت انرژی رو کمتر کنه.
در مورد سابقه این ایده هم جالب بدونی که اولین بار سال ۱۹۵۴ یه دانشمند به اسم R.E. Pattle گفته بود میشه با مخلوط کردن آب شیرین و شور نیرو تولید کرد. تو دهه ۱۹۷۰ هم یه پروفسور دیگه، سیدنی لوئِب، که از هم‌بنیان‌گذاری تکنولوژی نمک‌زدایی هم بود، مدل Pressure-Retarded Osmosis یا همون PRO رو پیشنهاد داد. اون موقع دیده بود بین رود اردن و دریای مرده (Dead Sea) یه تفاوت ذاتی غلظت هست که میشه براش انرژی گرفت.
الان پایگاه ژاپنی تو فوکوئوکا بعد از نیروگاه دانمارک، جزو جدی‌ترین پروژه‌هایی هست که فراتر از آزمایشگاه رفتن. قبلاً هم نمونه‌هایی تو نروژ و کره جنوبی تست شدن و حتی گروه‌های تحقیقاتی تو سیدنی (دانشگاه UTS)، اسپانیا و قطر هم مدل‌های اولیه ساختن.
در کل هرچند فعلاً مقیاس این نیروگاه‌ها کوچیکه و برق زیادی نمیده، ولی یه مسیر جدید و هیجان‌انگیز برای تولید برق سبز باز کرده که احتمالاً پیشرفت‌های فناوری هم باعث میشه تو آینده جذاب‌تر و کارآمدتر بشه. البته خود پروفسور Akihiko Tanioka از ژاپن هم گفته که خیلی خوشحاله پروژه بالاخره به نتیجه رسید و امیدوارن همچین نیروگاهی همه‌گیرتر بشه و کل دنیا ازش استفاده کنه!
پس خلاصه ماجرای نیروگاه اسمزی ژاپن اینه: با حرکت طبیعی آب، بدون آلودگی، از دل آب شور، برق تولید می‌کنن؛ و اگه چالش‌های فنی‌شو حل کنن، شاید راه آینده انرژی سبز باشه!
منبع: +
