امکان تولید ۴۰ درصد از برق مورد نیاز جهان بدون آلایندگی کربنی

خورها یا پای‌رودها محلی هستند که آب رودخانه با آب شور دریا یا اقیانوس ترکیب می‌شود؛ یک اکوسیستم پویا و دائما در تکاپو! این آزمایشگاه‌های طبیعی ساحلی مدت‌ها مورد علاقه‌ی دانشمندان بوده‌اند. اکنون پژوهشگران راهی یافته‌اند تا انرژی این سازه‌های طبیعی را مهار کنند.

محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا، فناوری ترکیبی را توسعه داده‌اند که کارامدترین بخش‌های روش‌های موجود ذخیره‌ی انرژی حاصل از تفاوت غلظت‌های نمک در آب را کنارهم قرار داده است. این فرایند ترکیبی مقادیر بی‌سابقه‌ای توان الکتریکی در محل برخورد آب شور و شیرین (پای‌رود) تولید می‌کند.

تاکنون موفق‌ترین و رایج‌ترین سازوکار کسب انرژی از تفاوت غلظت‌های نمک در آب، اسمز با فشار معکوس (PRO) بوده است. در این سازوکار آب از میان یک غشاء نیمه‌تراوا، از محلول آب نمک غلیظ‌تر به محلول آب نمک رقیق‌تر می‌رود. این حرکت آب فشار اسمزی ایجاد می‌کند که امکان به‌حرکت درآوردن توربین‌ها و تولید توان الکتریکی را فراهم می‌کند. با این‌حال، گرفتگی غشاء‌های گران‌قیمت این فرآیند و عدم کارایی آن‌ها برای آب‌های خیلی شور از مشکلات این فرآیند هستند.

سازوکار دیگر الکترودیالیز معکوس (RED) است که در آن نمک از میان مجموعه‌ای از غشاها (به‌جای آب) حرکت می‌کند و مشکل سازوکار قبلی را ندارد. اما در این سازوکار نیز مشکل تولید انرژی بسیار کم است.

محققان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا موفق شدند این مشکلات را با ادغام روش‌های الکترودیالیز معکوس و مخلوط برق‌گنجایی یا Capacitive mixing در یک سل الکتروشیمیایی حل کنند. Capacitive mixing یک فناوری نسبتا جدید است که از دو الکترود درون آب‌هایی با غلظت‌های متفاوت نمک تشکیل شده است. در هنگام عبور آب نمک از میان این الکترودها، ولتاژ و توان الکتریکی تولید می‌شود. این روش به‌تنهایی توان الکتریکی بسیار پایینی تولید می‌کند ولی ادغام آن با روش الکترودیالیز معکوس توان ادغامی را از توان تولیدی هر یک از این سازوکارها به‌تنهایی، بسیار بالاتر می‌برد. برای مثال انرژی تولیدی در حالت ادغام بیش از چهار برابر انرژی تولیدی سازوکار الکترودیالز معکوس به تنهایی می‌شود. این از کارایی انرژی روش POR نیز بسیار بیش‌تر است.

محققان بیان کرده‌اند که مهار انرژی غلظت‌های متفاوت آب نمک با این فناوری جدید ظرفیت تامین بیش از ۴۰ درصد از نیاز‌های انرژی الکتریکی کره‌ی زمین را داراست. جدیدترین پژوهش‌ها پیش از این نشان دادند که استفاده از سقف‌های خورشیدی می‌تواند تا ۲۵ درصد از انرژی الکتریکی موردنیاز در آمریکا را فراهم کنند. این فناوری جدید می‌تواند بسیار بیش از این مقدار پیش برود و اتکای کشورها به سوخت‌های فسیلی را به‌طور چشمگیری کاهش بدهد.

اگر این فناوری در مقیاس صنعتی نیز چنین کارایی را داشته باشد، کشورهای دارای سواحل آب‌های آزاد سود سرشاری از آن خواهند برد. گروه تحقیقاتی دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا و دیگر گروه‌های تحقیقاتی در سراسر جهان نه‌تنها روی کارامدتر کردن این فناوری، بلکه روی اقتصادی‌تر شدن آن نیز کار می‌کنند تا تمام کشورهای جهان بتوانند از آن بهره‌مند شوند. محققان راه طولانی برای تکمیل این فناوری در پیش دارند. بررسی ماندگاری الکترودها در طول زمان و تاثیر دیگر نمک‌های موجود در آب مانند سولفات و منیزیم بر عمکرد این سلول الکتروشیمیایی ضروری است. با این حال، محققان به کسب نتایج مثبت بسیار امیدوارند و در نظر دارند تا هرچه زودتر این فناوری عاری از آلایندگی کربنی را کاربردی کنند.