27 ژوئن 2024 -توسط Steinar Brandslet، دانشگاه علم و صنعت نروژ
کیم کریستیانسن به تازگی دکترای خود را در زمینه فناوری دریافت کرده است که می تواند از گرمای هدر رفته ای که امروزه به سادگی هدر می رود مراقبت کند. اعتبار: Aleksander Stokke Båtnes، NTNU
نروژ مقادیر زیادی انرژی را هدر می دهد. گرمای مازاد تولید شده توسط صنعت به سختی مورد بهره برداری قرار می گیرد.
محققان در NTNU در حال بررسی احتمالات برای انجام کاری در این مورد هستند.
کیم کریستیانسن می گوید: گرمای مازاد حاصل از فرآیندهای صنعتی منبع عظیمی است. او به تازگی دکترای خود را به پایان رسانده است. بر روی فناوری ای که می تواند بخشی از گرمای اضافی را که در حال حاضر به هدر می رود، مهار کند.
تقریباً تمام گرمای تولید شده توسط فرآیندهای صنعتی در حال حاضر مستقیماً در هوا یا اقیانوس آزاد می شود و ما در مورد مقادیر کم صحبت نمی کنیم. تنها در نروژ، صنعت هر سال حدود 20 تراوات ساعت گرمای هدر رفته تولید می کند.این عدد ممکن است برای شما اهمیت چندانی نداشته باشد، اما طبق گفته اداره منابع آب و انرژی نروژ (NVE)، این مقدار انرژی معادل نیمی از مصرف برق کل خانوارهای نروژی است. به عبارت دیگر، تقریباً کل تقاضای گرمایش.
کریستیانسن بخشی از گروه تحقیقاتی ترمودینامیک در PoreLab در دپارتمان شیمی است. ناظر آکادمیک سیگنه کیلستروپ و مدیر گروه تحقیقاتی اویویند ویلهلمسن از نویسندگان مشترک این مقاله هستند که اکنون در مجله Desalination منتشر شده است.این فناوری همچنین تأثیر دیگری دارد که ممکن است در نروژ چندان مرتبط نباشد، اما ممکن است در کشورهایی با آب آشامیدنی محدود، بازی را تغییر دهد.
کریستیانسن می‌گوید: «این فناوری فقط انرژی گرمای هدر رفته را بازیافت نمی‌کند، بلکه می‌تواند فاضلاب تولید شده توسط صنعت را نیز تصفیه کند.در بسیاری از نقاط جهان، آب آشامیدنی به طور فزاینده ای به یک منبع کمیاب تبدیل می شود «طبق گزارش یونیسف، 4 میلیارد نفر در حال حاضر حداقل برای یک ماه از سال با کمبود شدید آب آشامیدنی مواجه هستند و تقاضای زیادی برای فناوری وجود دارد که بتواند با این چالش ها مقابله کند.بنابراین کمبود آب آشامیدنی برای تقریباً نیمی از 8 میلیارد نفر جمعیت جهان یک مشکل است.
پس این فناوری جدید چیست؟
کریستیانسن می گوید: “پساب تولید شده توسط صنعت اغلب آلوده است. اگر این آب ناخالص را از طریق منافذ کوچک در یک غشای ضد آب تبخیر کنیم، آب متراکم شده ای که از طرف دیگر بیرون می آید قابل شرب است.”
این روش برای تصفیه آب با ناخالصی های به اصطلاح غیرفرار مانند نمک مناسب است. این برخلاف الکل ها و تعدادی دیگر از مواد آلی است که می توانند همراه با آب از طریق غشاء تبخیر شوند.بنابراین مهم‌ترین حوزه کاربرد این فناوری نمک‌زدایی از آب دریا است. تصفیه آب فرآیندی منتفی نیست، اما بسته به محتوای آن چالش‌های بیشتری را به همراه دارد.بنابراین این فناوری می‌تواند آب آشامیدنی تولید کند، اما در مورد بهره‌برداری از انرژی هدر رفته چطور؟
هنگامی که آب در یک طرف غشا گرم می شود، تبخیر می شود و از طریق متراکم شدن، گرما را از طرف دیگر آزاد می کند. سپس ممکن است اختلاف فشار بین دو طرف غشا ایجاد شود.
کریستیانسن می‌گوید: «تفاوت دما برای پمپاژ آب استفاده می‌شود و اختلاف فشار نشان‌دهنده انرژی مکانیکی است که می‌تواند برای تامین انرژی یک توربین استفاده شود. این پدیده اسمز حرارتی نامیده می شود.
ما تعاملات بین آب و منافذ غشا را بررسی کرده‌ایم، و اینکه وقتی آب تبخیر می‌شود، از طریق منافذ منتقل می‌شود و متراکم می‌شود، چه اتفاقی می‌افتد.
او نظریه هایی را در مورد خواص غشاء و تأثیر آنها بر کل فرآیند طراحی کرده است. او همچنین به طور سیستماتیک این اثر را در آزمایشگاه اندازه گیری کرده است.
کریستیانسن می‌گوید: «نتیجه‌گیری این است که این فناوری پتانسیل بالایی دارد. از طریق اصلاح غشاها، می‌توانیم به رفع چالش‌های فزاینده مرتبط با الزامات بهره‌وری انرژی و کمبود آب آشامیدنی تمیز کمک کنیم.»
کریستین سیورود در موسسه تحقیقاتی RISE PFI علاقه مند به بهبود غشاهای مورد استفاده در این فناوری است.سیگنه کیلستروپ، ناظر آکادمیک کریستیانسن، می‌گوید: «نقطه شروع کار ایده‌ای بود که TNO در هلند اعتبار آن را دریافت می‌کند.او پروفسور بازنشسته و محقق سابق در PoreLab – مرکز تعالی است. TNO یک موسسه مستقل است که برای ترجمه یافته های تحقیقاتی به برنامه های کاربردی واقعی کار می کند.
TNO مفهومی به نام “MemPower” (تولید همزمان آب و برق) را آزمایش کرد و نمونه اولیه در تاسیسات آنها ساخته شد. محققان می خواستند همکاری کنند اما بودجه ای نداشتند. راه حل این بود که پروژه به عنوان تحقیقات باز در NTNU ادامه یابد.
کریستیانسن می‌گوید: «صنعت به مفهوم تقطیر غشایی علاقه نشان می‌دهد، اما تاکنون تنها چند کارخانه آزمایشی در سراسر جهان وجود دارد.
او توضیح می دهد که دلیل اصلی عقب ماندن صنعت از دانشگاه به چالش های عملی مرتبط با فناوری غشاء مربوط می شود. به عنوان مثال، این امر در مورد طول عمر غشاها در شرایط سخت صنعتی صدق می کند.
کریستیانسن می گوید: «کارهای زیادی در سطح بین المللی هم در دانشگاه و هم در صنعت برای رویارویی با این چالش ها و تجاری سازی فناوری انجام می شود.
مفهوم MemPower شامل تبدیل گرمای تلف شده به انرژی مکانیکی بر اساس تفاوت دما است.
کریستیانسن می گوید: «تصور من این است که صنعت هنوز به طور کامل از این مفهوم و فرصتی که ارائه می دهد آگاه نیست.
یکی از نتایج آخرین مقاله این است که پتانسیل تولید انرژی در رابطه با فرآیندهای انرژی مبتنی بر غشاء قابل رقابت است. او معتقد است که این می تواند به افزایش علاقه تجاری کمک کند.
