اشاره:
با آن‌كه بيش از 80 درصد از كره زمين را آب فرا گرفته است، اما تنها حدود 3درصد از آب‌هاي موجود كره زمين قابل شرب است. به همين دليل امروزه كمبود آب شرب و چگونگي تأمين آن يكي از مسائل مهم و اساسي كشورهاي مختلف جهان است.
اين موضوع پژوهشگران زيادي را در سال‌هاي اخير به منظور تأمين آب شرب مورد نياز نقاط مختلف جهان به خود مشغول ساخته است كه نتيجه آن توسعه روزافزون استفاده از آب‌شيرين‌كن‌ها بوده است.
كشور ما نيز با وجود خشكسالي‌هاي پي‌درپي و افزايش تقاضا ناشي از رشد جمعيت، توسعه صنايع و كشاورزي، از اين مساله مستثنا نيست. بخصوص اين‌كه با برداشت‌هاي بي‌رويه از منابع آب‌هاي زيرزميني، سطح اين منابع و كيفيت آنها در بسياري از نقاط كشور بخصوص در مناطق مركزي، شرقي و جنوبي، كاهش يافته است.
با توجه به اهميت حياتي اين نعمت‌الهي، مي‌توان خطر كمبود و بحران آب را بسيار مهم‌تر و جدي‌تر از انرژي دانست كه توجه جدي به اين مساله و برنامه‌ريزي دقيق براي مقابله با آن را ضروري مي‌كند. توسعه صنعت آب‌شيرين‌كن‌ها در كشور يكي از راهكارهاي مقابله با اين مشكل است.
از آنجا كه تامين انرژي مورد نياز و تكنولوژي مورد استفاده از مسائل مهم در بهره‌برداري از آب‌شيرين‌كن است، توجه به انرژي خورشيد به عنوان يك منبع انرژي پاك و تجديدپذير اهميت ويژه‌اي دارد؛ زيرا در بيشتر نقاطي كه شيرين سازي منابع آب ضرورت پيدا كرده است، انرژي خورشيد با شدت تابش مناسب دردسترس است.
در اين راستا با تلاش پژوهشگران پژوهشكده توسعه صنايع‌شيميايي ايران جهاددانشگاهي نخستين دستگاه تركيبي آب‌شيرين‌كن ـ آبگرمكن خورشيدي روستايي در كشور به بهره‌برداري رسيده است. مهندس محمد ضامن ـ يكي از مجريان طرح ـ در اين گفت‌وگو جزئيات بيشتر كار را تشريح كرده است.
تاريخچه استفاده از آب‌شيرين‌كن‌هاي خورشيدي به چه زماني برمي‌گردد و بيشتر در چه كشورهايي مورد استفاده قرار گرفته است؟
با توجه به اين‌كه انرژي خورشيد به عنوان يك منبع رايگان، در بيشتر نقاطي كه نياز به آب‌شيرين دارند، با شدت تابش مناسبي در دسترس است، لذا استفاده از اين منبع انرژي يكي از مناسب‌ترين گزينه‌ها براي توليد غيرمتمركز آب‌شيرين است. استفاده از آب‌شيرين‌كن‌هاي خورشيدي، پيشينه تاريخي زيادي دارد و شايد بتوان گفت كه اولين آب‌شيرين‌كن‌هاي ساخته دست بشر از اين نوع بوده است. اين آب‌شيرين‌كن‌ها از نوع تقطيركننده‌هاي خورشيدي مستقيم(Direct Solar Distiller) بوده كه در آنها از انرژي خورشيد مستقيما براي تقطير آب شور و تهيه آب‌شيرين استفاده شده است. مشكلات عمده اين سيستم‌ها، راندمان كم، ظرفيت پايين، اشغال فضاي نسبتا زياد و عدم امكان ذخيره‌سازي انرژي خورشيد است؛ البته در سال‌هاي اخير تحقيقات زيادي براي افزايش كارايي اين روش صورت گرفته است. نوع ديگر آب‌شيرين‌كن‌هاي خورشيدي با نام آب‌شيرين‌كن‌هاي خورشيدي غيرمستقيم شناخته مي‌شوند كه در اين نوع ابتدا در يك بخش انرژي خورشيد با تكنيك‌هاي مختلف جمع‌آوري و سپس در بخش ديگري، تقطير و شيرين‌سازي آب با استفاده از انرژي جذب شده، انجام مي‌شود. به‌طور كلي استفاده از آب‌شيرين‌كن‌ها در مناطق خشك و بياباني مانند كشورهاي خاورميانه و شمال آفريقا توسعه بيشتري داشته است. كشور ما نيز به دليل شرايط اقليمي خاصش در سال‌هاي اخير شاهد توسعه استفاده از آب‌شيرين‌كن‌ها بوده است. ولي آب‌شيرين‌كن‌هاي خورشيدي در كشور هنوز مرحله تحقيقاتي را طي مي‌كند.
روش و فرآيندي را كه باعث شيرين شدن آب به كمك اين دستگاه مي‌شود توضيح دهيد.
در اين دستگاه از فرآيند رطوبت‌زني و رطوبت‌زدايي هوا (HD) براي شيرين‌سازي آب استفاده شده است، به اين معنا كه هوا اين قابليت را دارد كه مقدار زيادي رطوبت را با خود حمل كند، بخصوص زماني كه دماي هوا افزايش پيدا مي‌كند، ظرفيت جذب رطوبت آن بشدت افزايش مي‌يابد. بنابراين با استفاده از اين روش ابتدا هوا گرم و مرطوب مي‌شود (كه به آن رطوبت‌زني مي‌گويند) و سپس هواي مرطوب با عبور از روي سطح يك كندانسور (چگالنده) خنك مي‌شود (كه سبب چگالش آب شده و به آن رطوبت‌زدايي گفته مي‌شود). در نتيجه رطوبت‌زدايي از هوا، آب‌شيرين توليد مي‌شود.
اين پروژه در كجا و با حمايت چه سازمان‌ها و مراكزي انجام شده است؟
اين پروژه با حمايت و پشتيباني شركت مهندسي آب و فاضلاب كشور و شركت آب و فاضلاب روستايي استان قم و همچنين با همكاري شركت بهينه‌سازي مصرف سوخت در روستاي قمرود واقع در 20 كيلومتري شرق شهر قم اجرا شده است.
با كمك اين دستگاه روزانه چه حجمي از آب‌شيرين مي‌شود؟ درخصوص قابليت ديگر آن چطور، روزانه چه حجمي از آب را مي‌تواند گرم كند؟
كل انرژي حرارتي مورد نياز دستگاه از طريق انرژي خورشيد تامين مي‌شود و ظرفيت اسمي دستگاه، توليد روزانه 500 ليتر آب‌شيرين و حداقل 3000 ليتر آب‌گرم است كه در روزهاي تابستان تا 9000 ليتر نيز قابل افزايش است. همچنين اين دستگاه قادر است، به طور همزمان آب‌شيرين و بخش اعظم آب‌گرم يك روستاي يكصدنفره را تامين كند. با توجه به اين‌كه نسبت تبخير آب در اين فرآيند حدود 5 درصد است، آب خروجي از دستگاه داراي كيفيت مشابه آب ورودي به دستگاه است با اين تفاوت كه داراي دمايي بالاتر از 50 درجه سانتيگراد است. لذا مي‌توان از آن به عنوان آب‌گرم مصرفي مورد نياز استفاده كرد. در اين صورت آب خروجي از آب‌شيرين‌كن مي‌تواند به عنوان آب‌گرم مصرف شده و لذا دورريز آب در اين دستگاه به صفر برسد كه از خصوصيات بارز اين روش است.
در اين پروژه براي نخستين بار در دنيا فرآيندHD به صورت 2 مرحله‌اي به اجرا درآمده است؛ منظور از 2 مرحله‌اي اين است كه 2 سيكل مجزا براي هوا به عنوان سيكل دماي بالا و سيكل دماي پايين وجود دارد و اين روش منجر به كاهش 20 درصدي مصرف انرژي حرارتي و درنتيجه كم شدن سطح كلكتورهاي خورشيدي مورد نياز و كاهش هزينه‌هاي سرمايه‌گذاري اوليه طرح شده است. اين طرح قابليت اين را دارد كه در بسياري از روستاهاي كشور به اجرا درآيد و آب‌شيرين روستاها و آب‌گرم حمام‌هاي روستايي را به طور همزمان تامين كند. علاوه بر اين قابليت نصب آن در مجتمع‌هاي مسكوني يا ساير مراكز شبانه‌روزي دولتي يا خصوصي مانند مراكز بهزيستي، پاسگاه‌هاي انتظامي، زندان‌ها و مراكز اقامتي بين‌راهي در ظرفيت‌هاي مختلف وجود دارد.
با توجه به اين‌كه استفاده از آب‌شيرين‌كن‌ها مقوله جديدي نيست، چه ويژگي‌هايي طرح شما را نسبت به آنچه تاكنون وجود داشته است متمايز مي‌كند؟
آب‌شيرين‌كني كه در اين پروژه طراحي و ساخته شده است، نمونه داخلي ديگري ندارد و براي اولين بار در اين مقياس و به صورت يك پايلوت تحقيقاتي ـ كاربردي به اجرا درآمده است. از ديدگاه كاربردي، ويژگي اصلي اين طرح توليد همزمان آب‌گرم و آب‌شيرين به منظور اقتصادي كردن استفاده از اين نوع آب‌شيرين‌كن است. همچنين استفاده از آب خروجي آب‌شيرين‌كن به عنوان آب‌گرم، هدر رفت آب را در اين دستگاه به حداقل رسانده و موجب بهينه‌سازي مصرف آب شده است. از ديدگاه علمي نيز فرآيند رطوبت‌زني ـ رطوبت‌زدايي هوا روش جديدي براي توليد آب‌شيرين در دنيا با استفاده از انرژي خورشيد است كه در سال‌هاي اخير مورد توجه محققان قرار گرفته و كشورهاي مختلفي در جهت تجاري‌سازي آن تلاش مي‌كنند و همان‌گونه كه اشاره شد، براي اولين بار در دنيا در اين پروژه به صورت دو مرحله‌اي به اجرا درآمده است. با فعاليت‌هاي تحقيقاتي كه طي سال‌هاي اخير در پژوهشكده توسعه صنايع شيميايي ايران انجام شده است، ما ادعا مي‌كنيم كه فعاليت‌هاي صورت گرفته جزو جديدترين تحقيقات روز دنيا در اين حوزه بوده كه چاپ 3 مقاله ISI در سال 2009 سندي بر اين ادعاست، لذا از ديدگاه علمي نيز اين طرح از جايگاه ويژه‌اي برخوردار است.
چگونه مي‌توان از اين روش براي توسعه استفاده از انرژي خورشيدي در كشور كمك گرفت؟
يكي از مهم‌ترين موانع موجود در مسير توسعه، كاربرد سيستم‌هاي خورشيدي و هزينه نسبتا بالاي سرمايه‌گذاري آن است؛ البته با اجراي طرح هدفمند شدن يارانه‌ها در كشور و واقعي شدن قيمت انرژي، تمايل مصرف‌كنندگان به استفاده از اين سيستم‌ها كمي افزايش خواهد يافت. بسياري از مناطقي كه داراي شدت تابش مناسب خورشيد هستند و امكان استفاده از آبگرمكن‌هاي خورشيدي فراهم است، ساكنين آنها از كمبود آب شرب رنج مي‌برند. از طرفي با تحقيقات نسبتا كامل و گسترده‌اي كه در پژوهشكده توسعه صنايع شيميايي ايران روي آب‌شيرين‌كن‌هاي خورشيدي انجام شده است، تلفيق آبگرمكن‌هاي خورشيدي با اين نسل جديد آب‌شيرين‌كن‌هاي خورشيدي موسوم به آب‌شيرين‌كن‌هاي
HD موجب افزايش راندمان كل سيستم و كاهش هزينه تمام شده آب‌شيرين و آب‌گرم براي مصرف‌كننده مي‌شود، لذا در اين پروژه تحقيقاتي، 2 كاربرد مختلف و البته مورد نياز در بسياري از مناطق خشك و كويري كشور، در قالب يك دستگاه تركيبي آب‌شيرين‌كن ـ آبگرمكن خورشيدي طراحي و ساخته شده است تا با كاهش هزينه تمام شده آن، استفاده از سيستم‌هاي خورشيدي براي مصرف‌كننده جذابيت بيشتري داشته باشد.
اين طرح از چه زماني شكل گرفته و در حال حاضر در چه مرحله‌اي است؟
تحقيقات در زمينه آب‌شيرين‌كنHD در پژوهشكده از سال 84 آغاز شده و در سال 86 نخستين دستگاه در مقياس بنچ در مجتمع تحقيقاتي جهاد دانشگاهي راه‌اندازي شد. با ادامه تحقيقات در سال‌هاي بعد دستگاه آزمايشگاهي ساخته شد كه قابليت تست در حالت‌هاي مختلف را داشت كه 2پايان‌نامه كارشناسي ارشد نيز در اين زمينه تعريف و اجرا شد. با توجه به نتايج مثبت اين طرح‌ها ما به اين نتيجه رسيديم كه اين روش قابليت تجاري‌سازي در مقياس‌هاي مختلف را دارد، لذا با مشاركت شركت آب و فاضلاب روستايي استان قم براي اولين بار در ايران آب‌شيرين‌كن ـ آبگرمكن خورشيدي در يك روستا به اجرا درآمد. پروژه آب‌شيرين‌كن قمرود در سال 1388 آغاز و در شهريور امسال مراحل ساخت آن به پايان رسيد كه پس از طي دوره تست اكنون آماده بهره‌برداري است. تحقيقات براي تجاري‌سازي اين نوع آب‌شيرين‌كن در مقياس خانگي در اين پژوهشكده ادامه دارد كه ان‌شاءالله تا چند ماه آينده نخستين نمونه خانگي اين سيستم تركيبي ساخته مي‌شود تا تست‌هاي اوليه روي آن انجام شود. گفتني است، اين پروژه در گروه پژوهشي بهينه‌سازي انرژي و فرآيند پژوهشكده توسعه صنايع شيميايي ايران وابسته به جهاددانشگاهي انجام شده است كه ساير همكاران ما در اين طرح مهندس سيدمهدي سوفاري، دكتر مجيد عميدپور، مهندس ميرعلي اصغر زينالي، مهندس سعيد عباسيان و مهندس امير اصغرپور بوده‌اند.
آيا نتايج اين طرح در نشريات بين‌المللي به چاپ رسيده است؟
با توجه به اين‌كه تست دستگاه تازه به پايان رسيده، هنوز نتايج آن در نشريات چاپ نشده است، ولي نتايج اوليه آن براي ارائه در كنفرانس Pres2011در ايتاليا پذيرش گرفته است. بزودي نتايج كامل اين طرح براي چاپ در نشريات بين‌المللي ارسال خواهد شد.ح/الف
منبع:روزنامه جام جم
گفتگو از:بهاره صفوي