فناوری هسته‌ای
امنیت آبی کشور
الکترودیونیزاسیون (EDI)
معاون سابق سازمان انرژی اتمی
سید پژمان شیرمردی
یخچال‌های طبیعی
فناوری هسته‌ای در خدمت آب، نه یک انتخاب، بلکه یک ضرورت راهبردی
در شیرین‌سازی و مدیریت منابع آب، کاربرد فناوری هسته‌ای، از یک گزینه فناورانه فراتر رفته و به راهکاری حیاتی برای امنیت آبی کشور تبدیل شده است.
آب از دیرباز به عنوان عنصر اساسی حیات مقدس شمرده می‌شد
به گزارش "گسترش تولید و تجارت" سید پژمان شیرمردی عضو هیئت علمی پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای؛ معاون سابق سازمان انرژی اتمی در یادداشتی نوشت:
آب از یک سو نماد زندگی و از سوی دیگر نماد پالایش و طهارت می‌باشد. طبق نظر دانشمندان این مایع مقدس بخش مهمی از بدن انسان را تشکیل داده است. میزان آب موجود در بدن یک فرد می‌تواند بین 45 تا 75 درصد متغیر باشد. به عنوان مثال، نوزادان بیشترین درصد آب را در بدن خود دارند که با افزایش سن، میزان آن کاهش می‌یابد. همچنین، بسته به ساختار بدنی فرد و نسبت ماهیچه به چربی آن، درصد آب بدن انسان می‌تواند متفاوت باشد. علاوه بر انسان، تمام موجودات زنده اعم از گیاهان و حیوانات به نحوی برای بقای خود به آب نیاز دارند.حدود ۲/۵ تا ۳ درصد از کل آب موجود در دنیا آب شیرین و حدود ۹۷ درصد آن شور است.
از این مقدار آب شیرین، بخش عمده آن یعنی حدود ۶۸ تا ۷۰:درصد به‌صورت یخ در یخچال‌های طبیعی و کلاهک‌های یخی قطب‌ها ذخیره شده است
حدود ۳۰ درصد در آبهای زیرزمینی (احتمال آلودگی به مواد معدنی و شوری زیاد است) یافت می‌شود و حدود یک درصداز کل آبهای جهان به‌صورت آب شیرین قابل دسترس در رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و تالاب‌ها وجود دارد که مستقیماً برای شرب قابل استفاده است. با این حال، حتی این مقدار اندک آب شیرین قابل شرب به دلیل آلودگی، بهره‌برداری بیش از حد، و تغییرات اقلیمی تحت فشار است و در بسیاری از مناطق نیاز به تصفیه یا نمک‌زدایی دارد. آب شیرین یک منبع تجدیدپذیر است که توسط چرخه آب طبیعی دوباره به گردش در می‌آید، اما توزیع طبیعی ناهموار در مکان و زمان، رشد جمعیت، تقاضای بالای کشاورزی و توسعه کمی و کیفی صنایع باعث فشارهایی در زمینه دسترسی به آن گردیده است.
بر اساس گزارش‌های سازمان بهداشت جهانی و یونیسف برای سال ۲۰۲۴ (حدود ۲/۲ میلیارد نفر در سراسر دنیا به آب آشامیدنی سالم و ایمن دسترسی ندارند
این آمار نشان‌دهنده عدم دسترسی به آب تمیز، بدون آلودگی‌های باکتریایی، شیمیایی یا فیزیکی، و در دسترس در محل سکونت است. حدود شش میلیارد نفر از جمعیت جهان (75 درصد جمعیت جهان) به آب آشامیدنی ایمن دسترسی دارند. با این حال، نابرابری‌های جغرافیایی و اقتصادی همچنان شدید است.برای مثال، در مناطق روستایی پوشش تنها 60 درصد است. از ۲/۲ میلیارد نفر بدون دسترسی، ۱/۴ میلیارد نفر به خدمات پایه دسترسی دارند (آب تمیز اما نه لزوماً ایمن)، که این کمبود منجر به حدود ۸۳۰ هزار مرگ سالانه ناشی از بیماری‌های مرتبط با آب ناسالم می‌شود.
طبق گزارشات و پیش بینی های منتشر شده تا سال ۲۰۵۰، تقاضای جهانی آب حدودا ۲۰ تا ۳۰ درصد افزایش خواهد یافت و بیش از ۵۰ درصد جمعیت جهان نیز در مناطق تحت تنش آبی زندگی خواهند کرد
همانطور که در بالا اشاره شد، تقریبا یک چهارم جمعیت جهان به آب آشامیدنی ایمن دسترسی ندارند و پیش بینی می شود که این مشکل با رشد جمعیت و کاهش منابع آب تشدید می‌شود. در این میان، مناطق خشک و نیمه‌خشک آسیا و شمال آفریقا بیشترین آسیب را خواهد دید. طبق گزارش منتشر شده توسط یونسکو کمبود آب شیرین جهانی تا پایان سال 2025 به دو هزار میلیارد مترمکعب خواهد رسید. با توجه به آمار فوق، ضرورت مدیریت منابع آب موضوعی حیاتی برای کشورها بویژه در کشور عزیزمان ایران می باشد.
مشارکت جمعی برای استفاده بهینه و صرفه جویی در منابع موجود آب شیرین، استفاده از روش های نوین کشاورزی، آموزش مستمر استفاده از منابع آب، انتقال صنایع آب بر به سواحل دریا، مدیریت پساب ها و شیرابه ها و شیرین سازی آب های شور از مهمترین کارهایی است که می توان برای مدیریت این نعمت خدادای جهت بهره گیری در زندگی انسان به کار گرفت.
یکی از مهمترین روشها برای بازگردانی پسابها به چرخه مصرف و همچنین استفاده از آب شور دریاها بکارگیری فناوری های نوینی همچون فناوری هسته ای است
طبق آمار و گزارشات منتشر شده در مقالات علمی، در سال 2015، حدود ۱۹ هزار کارخانه نمک‌زدایی در جهان با ظرفیت تولید حدود ۹۰ میلیون مترمکعب آب آشامیدنی در روز فعال بودند که بیش از ۷۰درصد آنها از فناوری اسمز معکوس و تقریبا ۳۰ درصد از فرآیندهای حرارتی (مانند MSF و MED) استفاده می‌کردند. استفاده از فرآیندهای حرارتی برای آب با شوری بالا مناسب‌تر هستند و می‌توانند از گرمای تلف‌شده نیروگاه‌ها استفاده کنند. فناوری‌های نوپدید مانند الکترودیونیزاسیون (EDI) و اسمز مستقیم یا پیش‌رو (FO) نیز در حال توسعه هستند (نمونه عملیاتی: تاسیسات آب شیرین کن جبل علی کشور امارات بعنوان بزرگترین کارخانه نمک زدایی آب در جهان حدود 2/2 میلیون متر مکعب آب آشامیدنی در شبانه روز تولید می کند و همچنین در عربستان حدود ۵۰ درصد آب آشامیدنی از فرایندهای نمک زدایی از آبهای شور تامین می شود که نمونه آن تاسیسات بزرگ الجبیل در راس الخیر با تولید بیش از یک میلیون متر مکعب در شبانه روزاست).
فناوری هسته‌ای به دلیل توانایی تولید انرژی پایدار، گزینه‌ای رقابتی برای نمک‌زدایی در مقیاس بزرگ است
راکتورهای هسته‌ای می‌توانند انرژی موردنیاز برای فرآیندهای نمک‌زدایی را با هزینه‌ای رقابتی نسبت به سوخت‌های فسیلی تامین کنند و انتشار گازهای گلخانه‌ای را کاهش دهند. ترکیب تولید برق و نمک‌زدایی موضوعی رایج است و از نظر اقتصادی مزیت قابل توجهی دارد. راکتورهای هسته‌ای کوچک و متوسط برای نمک‌زدایی مناسب هستند و می‌توانند به‌صورت ترکیبی برق و آب تولید کنند. استفاده از راکتورهای کوچک مدولار یا SMRها برای تامین انرژی نمک‌زدایی آب دریا یا آب شور، بسیار مناسب و امیدوارکننده ارزیابی می‌شود. این راکتورهای نوظهور به عنوان منبع انرژی کربن‌صفر می‌توانند هم برق و هم حرارت لازم برای فرآیندهای نمک‌زدایی را تامین کنند. این فناوری به ویژه در مناطق خشک و نیمه‌خشک جهان مانند غرب آسیا که با کمبود آب شیرین روبرو هستند می تواند بعنوان یک روش امن و پایدار مورد استفاده قرار گیرد.هزینه‌های نمک‌زدایی هسته‌ای روشهای مختلف متفاوت است. هزینه تراز شده آب با استفاده از راکتورهای کوچک مدولار بطور میانگین و براساس نوع روش نمک زدایی می تواند از ۰/۵ تا ۱/۵ دلار برای تولید یک متر مکعب آب شیرین باشد ( استفاده از روش هیبریدی و همچنین میزان بالاتر تولید موجب کاهش هزینه تراز شده آب خواهد شد)، این هزینه تراز شده برای روش های دیگر مانند نیروگاههای سوخت های فسیلی از ۱ تا ۲ دلار متغیر است.
علاوه بر موضوع هزینه تراز شده نمک زدایی، استفاده از راکتورهای مدولار هسته ای برای تامین انرژی فرآیندهای حرارتی و اسمز معکوس ردپای کربن پایینی دارد و برای تولید هر مترمکعب آب شیرین زیر 50 گرم دی اکسید کربن تولید می کند و آن هم در مراحل تولید سوخت راکتور (مانند استخراج اورانیوم) ناشی می‌شود
در مقابل، نمک‌زدایی مبتنی بر گاز طبیعی بیش از ۱/۵ کیلوگرم و زغال‌سنگ حدود ۳کیلوگرم و بیشتر است.در نتیجه روش استفاده از راکتورهای مدولار هسته ای قابل‌رقابت با نیروگاههای با سوخت فسیلی است. همچنین با توجه به افزایش تقاضا برای آب و محدودیت‌های زیست‌محیطی سوخت‌های فسیلی، انرژی هسته‌ای می‌تواند نقش کلیدی در تامین آب آشامیدنی ایمن ایفا کند و بطور کلی، نمک‌زدایی با استفاده از انرژی هسته‌ای راه‌حلی پایدار و اقتصادی برای مقابله با کمبود آب جهانی است.سرمایه‌گذاری در فناوری‌های پیشرفته و همکاری‌های بین‌المللی می‌تواند این رویکرد را به گزینه‌ای اصلی برای تامین آب در مناطق کم‌آب تبدیل کند. در این رابطه نگرانی‌های زیست‌محیطی مانند تاثیر پساب شور بر دریا وجود داشت، که در مطالعه‌ای در استرالیا در سال ۲۰۱۸ نشان داد که این اثرات ناچیز است.کاربرد فناوری هسته‌ای در حوزه مدیریت منابع آب فراتر از نمک‌زدایی است و یکی از کاربردهای کلیدی آن، پرتودهی فاضلاب و پسابها با استفاده از پرتوهای یونساز (مانند گاما یا باریکه های الکترونی) یا پلاسمای سرد است. این روش که بخشی از فناوری‌های پیشرفته هسته‌ای برای تصفیه آب محسوب می‌شود، می‌تواند فاضلاب‌های شهری، صنعتی یا کشاورزی را به آب قابل استفاده در صنعت، کشاورزی و حتی آشامیدنی تبدیل کند.
در این روش مهم پرتوهای یونساز و یا پلاسمای سرد با برخورد با آب می توانند ملکولهای سنگین شیمیایی مانند مواد روغنی، رنگ های مورد استفاده در کارخانجات نساجی، داروها، سموم کشاورزی را شکسته و تجزیه نماید و علاوه بر آن موجب مرگ میکروبهای موجود در پساب مانند باکتری‌ها، ویروس‌ها و انگل‌ها خواهد شد
این فرایند با اثرات ذکر شده در فوق می تواند موجب کاهش تیرگی پساب، بوی بد و مواد معلق آن گردد.یک نمونه عملیاتی این روش در کشور چین و در کارخانجات نساجی گوانگهوا برای رنگ زدایی از پساب های رنگی این کارخانه تاسیس شده که مجهز به ۷ دستگاه شتابدهنده الکترونی است و روزانه بیش از ۳۰ هزار متر مکعب پساب را رنگ زدایی می کند و به چرخه مصرف برمی گرداند.حضور و بروز فناوری هسته ای در موضوع آب تحولی در موضوعات هیدرولوژی و پیگیری منشا و مسیر آب ها بویژه آبهای زیر زمینی نیز ایجاد کرده است. استفاده از ردیاب‌های رادیوایزوتوپی مانند تریتیوم، کربن-۱۴ برای تعیین سن آب، تاریخچه منابع و آسیب‌پذیری آبخوان‌ها استفاده می شوند. رادیوایزوتوپ کربن-۱۴ که دارای نیمه عمر بلندی در حدود ۵۷۳۰ سال است به عنوان ابزار اصلی تاریخ‌گذاری آبهای زیرزمینی قدیمی عمل می‌کند و برای مطالعه سفره‌های آب عمیق، فسیلی و منابع غیرقابل تجدید ایده‌آل است (آب های با عمر چند هزار سال)، در حالیکه تریتیوم یا هیدروژن-۳ که تنها ایزوتوپ رادیواکتیو هیدروژن است دارای نیمه عمر حدود ۱۲/۳ سال بوده و برای ردیابی آب های با قدمت کم و زیر ۱۰۰ سال استفاده می شود.
در پایان می توان اینگونه نتیجه گرفت که فناوری هسته‌ای، فراتر از تولید یک انرژی پاک، به ابزاری چندبعدی در مدیریت پایدار منابع آب تبدیل شده است
از نمک‌زدایی آب (تامین انرژی با تولید کربن بسیار کم و نزدیک به صفر) و هزینه رقابتی مناسب، تا پرتودهی پساب ها برای بازگردانی ایمن آب و حذف آلاینده‌های مقاوم، و استفاده از رادیوایزوتوپهای تریتیوم و کربن-۱۴ برای ردیابی آب، تعیین سن سفره‌ها و جلوگیری از برداشت های غیر علمی آبهای زیرزمینی، راه‌حلی جامع برای بحران جهانی آب ارائه می‌دهند. در جهانی که تا سال ۲۰۵۰ بیش از نیمی از آن با کمبود آب روبرو خواهند بود، این فناوری راهبردی نه تنها تامین‌کننده آب شیرین، بلکه حافظ منابع موجود و تصمیم‌گیر آگاه در سیاست‌گذاری های مرتبط با آب خواهد بود. در این راستا کشور پهناور و پرافتخار ما نیز با بکارگیری این فناوری راهبردی و استفاده از راکتورهای اتمی بویژه راکتورهای SMR، سامانه های پرتودهی و رادیوایزوتوپها، بر چالش های آبی که متاسفانه در سالهای اخیر نمد بیشتری پیدا کرده غلبه نموده و به سمت امنیت آبی پایدار حرکت کند.
عضو هیئت علمی پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای؛ معاون سابق سازمان انرژی اتمی
مطالب مرتبط
