چگونه از آب کره بگیریم

شاید عجیب‌ترین خبری که می‌توان در مورد کمپانی «لاکهید مارتین»، این غول صنایع هوا و فضا شنید این باشد که این اواخر مدیران و برنامه‌ریزان این کمپانی علاقه شدیدی به لوله‌کشی پیدا کرده‌اند. در واقع لاکهید مارتین در ۱۲ ماه گذشته مهندسانش را وادار کرده است که طرح‌های مختلف ساخت یک لوله بسیار دراز از جنس فایبرگلاس را به دقت مورد بررسی قرار دهند. البته همانطور که از لاکهید مارتین انتظار می‌رود به هیچ وجه پای یک لوله معمولی در میان نیست. در واقع این لوله بخشی از تکنولوژی جدیدی است موسوم به «تبدیل انرژی حرارتی اقیانوس» (OTEC). این منبع انرژی پاک و تجدیدپذیر می‌تواند بسیاری از اقتصادهای جهان را از شر وابستگی‌شان به نفت برهاند. رابرت کوهن (R.Cohen)، رئیس برنامه انرژی حرارتی اقیانوسی فدرال ایالات متحده در این‌باره می‌گوید «این منبع می‌تواند به بزرگ‌ترین منبع انرژی تجدیدپذیر در جهان تبدیل شود.» با توجه به افزایش سرسام‌آور بهای سوخت‌های فسیلی در سراسر جهان، کمپانی‌های خصوصی بسیاری از‌ هاوایی گرفته تا ژاپن برای ساخت نیروگاه‌های OTEC تجاری، وارد رقابتی تمام عیار شده‌اند. کلک کار در مورد این نیروگاه‌ها استفاده کردن از اختلاف دمای آب در سطح و عمق اقیانوس است. روش کار به این شکل است: نخست مایعی با دمای جوش پایین مثل آمونیک یا مخلوط آب با آمونیاک توسط آب گرم سطح اقیانوس گرم می‌شود. زمانی که این «مایع کار» بجوشد، در نتیجه گاز به وجود آمده فشار کافی برای به حرکت در آوردن پره‌های توربین را فراهم خواهد کرد. در مرحله بعد این توربین ژنراتوری را به حرکت درمی‌آورد که برق تولید می‌کند. تا اینجای کار همه چیز درست شبیه یک نیروگاه حرارتی است. در چنین نیروگاهی مایع کار که به گاز تبدیل شده است باید با استفاده از یک منبع سرد دوباره به شکل مایع و سپس گاز پرفشار درآید تا بتواند توربین را بچرخاند. در نیروگاه OTEC این گاز با عبور از میان آب سرد اعماق اقیانوس که از طریق لوله‌های فایبرگلاس غول‌آسایی به بالا پمپ می‌شود، سرد خواهد شد. لوله‌های غول‌آسایی که قطرشان به ۲۷ متر و طول‌شان به ۱۰۰۰ متر می‌رسد، می‌توانند آب را با دبی ۱۰۰۰ تن بر ثانیه بالا بکشند. وقتی گاز دوباره به حالت مایع چکالیده شد می‌تواند دوباره به گاز تبدیل شود و توربین را بچرخاند. آب اعماق اقیانوس نیز دوباره به اقیانوس برمی‌گردد. به گفته کوهن «این درست مثل یک نیروگاه حرارتی معمولی است که در آن از سوزاندن ذغال سنگ برای تولید بخار استفاده می‌شود.»
ایده استفاده از لایه‌های دمایی متفاوت در اقیانوس برای تولید الکتریسیته نخستین‌بار در سال ۱۸۸۱ و توسط ژاک دی آرسونوال (J.d’Arsonval)، فیزیکدان فرانسوی مطرح شد اما تا زمان بحران نفتی دهه ۱۹۷۰ این ایده چندان مورد توجه قرار نگرفت. در سال ۱۹۷۹ یکی از شرکای دولتی کمپانی لاکهید مارتین لوله‌ای را از یک شناور در آب‌های ساحلی ‌هاوایی به آب انداخت که بخشی از یک سیستم تولید برق OTEC ۵۰ کیلوواتی بود. دو سال بعد گروهی از متخصصان ژاپنی در آب‌های اطراف جزیره «نائورا» در اقیانوس آرام جنوبی، نیروگاهی آزمایشی برپا کردند که می‌توانست ۱۲۰ کیلووات برق تولید کند. با ظاهر شدن نخستین بارقه‌های امید در زمینه ساخت عملی این نیروگاه‌ها، وزارت انرژی ایالات متحده برنامه‌ریزی برای احداث یک نیروگاه اقیانوسی ۴۰ مگاواتی آزمایشی در‌ هاوایی را آغاز کرد. اما در سال ۱۹۸۱ بودجه‌های مربوط به توسعه تکنولوژی‌های حرارتی اقیانوسی رو به کاهش گذاشت. تا اینکه در سال ۱۹۹۵ با توجه به کاهش شدید بهای نفت و رسیدن به قیمت کمتر از ۲۰ دلار به ازای هر بشکه، این بودجه‌ها به کلی قطع شدند.
اما افزایش دوباره و افسار گسیخته بهای سوخت در سال‌های اخیر باعث شد تا یک بار دیگر این تکنولوژی بکر و دست نخورده در کانون توجه قرار بگیرد. در ماه سپتامبر گذشته وزارت انرژی ایالات متحده برای نخستین‌بار در طول بیش از یک دهه گذشته، کمک هزینه‌ای برای توسعه انرژی حرارتی اقیانوس تخصیص داد که این کمک ۶۰۰ هزار دلار به کمپانی لاکهید مارتین اعطا شد تا برای ساخت نسل جدیدی از لوله‌های آب سرد مورد استفاده قرار گیرد. کوهن معتقد است که این طرح سرانجام می‌تواند به ساخت نیروگاه‌های OTEC ۵۰۰ مگاواتی شناوری منجر شود که الکتریسته تولیدی‌شان را از طریق کابل‌های زیردریایی به شبکه برق سراسری ساحلی ارسال خواهند کرد.
نخستین هدف لاکهید مارتین در این طرح برپایی و راه‌اندازی یک نمونه آزمایشی از چنین نیروگاهی است. این کمپانی برای این کار در نظر دارد با همکاری شرکت مهندسی اقیانوسی ماکایی در ‌هاوایی، یک نیروگاه آزمایشی ۱۰ تا ۲۰ مگاواتی بسازد که به احتمال فراوان در آب‌های ساحلی‌ هاوایی نصب خواهد شد و امید آن می‌رود که کار ساخت این نیروگاه ظرف ۵ تا ۶ سال آینده به پایان برسد. این نیروگاه که لوله آب سرد آن ۴ متر قطر و ۱۰۰۰ متر عرض خواهد داشت از طریق کابل‌های زیردریایی، شبکه برق سراسری جزیره وایومانالو در ‌هاوایی را تغذیه خواهد کرد. در حالی که کمپانی لاکهید مارتین برای ساخت این تاسیسات آزمایشی‌اش دست به کار شده است اما به نظر می‌رسد نیروگاه اقیانوسی ارتش ایالات متحده زودتر از آن حاضر شود و در مدار شبکه سراسری قرار گیرد. کمپانی OCEES International واقع در هونولولو، در مراحل پایانی طراحی این نیروگاه حرارتی قرار دارد که در جزیره «دیه‌گو گارسیا» در اقیانوس هند نصب خواهد شد. این جزیره میزبان یکی از بزرگ‌ترین پایگاه‌های نظامی ارتش ایالات متحده به شمار می‌رود. بر اساس برنامه این نیروگاه آزمایشی علاوه بر ۸ مگاواتی که در اختیار شبکه برق جزیره قرار خواهد داد، برق لازم برای تجهیزات نمک‌زدایی و آب شیرین کن جزیره با توان ۲۵/۱ میلیون گالن آب در روز را نیز فراهم می‌کند.
مقامات OCEES International می‌گویند این نیروگاه تا پایان سال ۲۰۱۱ به بهره‌برداری خواهد رسید. در حال حاضر تمام برق مصرفی جزیره دیه‌گو گارسیا توسط سوخت دیزل تامین می‌شود و فرماندهان این پایگاه استفاده از انرژی حرارتی اقیانوس را به نوعی استقلال انرژی برای این جزیره تلقی می‌کنند. هری جکسون (H.Jackson)، از مدیران کمپانی OCEES International در این‌باره می‌گوید «در واقع این یک پایگاه نظامی استراتژیک در دل اقیانوس هند است و آنها به هیچ‌وجه دوست ندارند که به لحاظ تامین انرژی وابسته به دیگران باشند.» بیل تیلور (B.Taylor)، رئیس اداره انرژی ساحلی نیروی دریای ایالات متحده در این‌باره می‌گوید «به عقیده من نیروگاه‌های OTEC این توانایی را دارد که بسیار سریع‌تر از شناورهای امواج یا نیروگاه‌های جزر و مدی، برق تولید کند. برای تولید ۸ تا ۱۰ مگاوات برق باید از تعداد زیادی شناور استفاده کرد. با اینکه ما تمام این روش‌ها را مدنظر قرار می‌دهیم اما بیشتر به نیروگاه‌های OTEC امید بسته‌ایم.»
با وجود تمام این امیدواری‌ها هر دو تیم چه لاکهید مارتین و چه کمپانی OCEES International هنوز مشکلات بسیاری از جمله چگونگی اتصال سکوهای شناور به خطوط برق ثابت زیردریای را پیش روی‌شان می‌بینند که بی‌شک حل آنها دشوار خواهد بود. علاوه بر این، مبدل‌های حرارتی باید به‌گونه‌ای طراحی و ساخته شوند که از انباشت بیش از حد خزه‌ها و بارناکل‌ها و دیگر موجودات دریایی روی آنها که باعث افزایش وزن سیستم خواهد شد جلوگیری کنند. اگر این نیروگاه‌های آزمایشی عملکرد موفقی داشته باشند ساخت نیروگاه‌هایی در مقیاس بزرگ‌تر می‌تواند معادله انرژی را در هاوایی دگرگون کند، جایی که در حال حاضر نزدیک به ۷۷ درصد از برق آن با تکیه بر سوخت‌های فسیلی تولید می‌شود. رب بلینگر (R.Bellinger)، از کمپانی ماکایی-شزیک لاکهید مارتین در پروژه ساخت نیروگاه اقیانوسی آزمایشی- در این‌باره می‌گوید «اگر ما بتوانیم این نیروگاه‌ها را به سطح تولید ۱۰۰ مگاوات برسانیم، OTEC در ایالت ما و دیگر نقاط جهان نقشی کلیدی در زمینه انرژی ایفا خواهد کرد. اما بالا بردن مقیاس این نیروگاه‌ها تا چنین میزان قابل توجهی به هیج وجه کار ساده‌ای نیست. یک نیروگاه ۱۰۰مگاواتی باید لوله‌ای به قطر ۱۰ متر و طول ۱۰۰۰ متر داشته باشد که ساخت چنین لوله‌ای چالشی دشوار در مهندسی به شمار می‌رود. در واقع باید چنین لوله غول‌آسایی را به صورت عمودی معلق نگه داشت. این لوله تحت تنش‌ها و کرنش‌های شدیدی قرار می‌گیرد که از جریان آب و حرکت کل سکو در سطح آب ناشی می‌شود. گیر انداختن و نصب این لوله نیز مصیبتی است که پس از ساختنش باید با آن دست به گریبان شویم.»
طراحی‌هایی بسیار کوچک‌تر از آنچه لاکهید مارتین سودای ساختنش را در سر دارد پیش از این به مشکل برخورده‌اند. در سال ۲۰۰۳ مهندسان هندی یک نیروگاه حرارتی اقیانوسی یک مگاواتی ساختند که طول لوله آب سرد آن به ۸۰۰ متر می‌رسید. وقتی هندی‌ها تلاش کردند که این لوله را از عرشه شناوری در سواحل بنگال در اقیانوس فرو برند، لوله از قلاب‌ها رها شد و تا عمق ۱۱۰۰ متر اقیانوس پایین رفت. تلاش هندی‌ها در سال بعد و با یک لوله جدید هم به نتیجه بهتری منجر نشد و این یکی هم در اعماق اقیانوس مدفون ماند. سوبرامانیان کاتهیرولی (S.Kathiroli)، مدیر موسسه تکنولوژی اقیانوسی هند در این‌باره می‌گوید «هر دو بار در سیتم قلاب‌ها و ماشین بکسل مشکلاتی به وجود آمد که باعث شد لوله از بندهای نگهدارنده رها شود به قعر دریا رود. من فکر نمی‌کنم که با دانش فعلی‌مان هرگز بتوانیم موفق به ساخت نیروگاه‌هایی با ظرفیت بیش از ۵ تا ۱۰ مگاوات شویم.» با این حال اگر OTEC بتواند اثر چشمگیری در بازار انرژی‌های سبز بگذارد.
مقیاس این تکنولوژی و نیروگاه‌های ساخته شده بر اساس آن افزایش خواهد یافت. هنس کروک (H.Krock)، که از دهه ۱۹۸۰ در دانشگاه ‌هاوایی، وزارت انرژی ایالات متحده و مراکز دیگر مشغول طراحی نیروگاه‌های OTEC بوده است، در این‌باره می‌گوید «من از آزمایش کردن خسته شده‌ام. دوران آزمایش‌های ابتدایی و اجرای طرح‌های آزمایشی، دیگر به سر آمده است. مسئله این نیروگاه‌ها دیگر بحث طراحی نیست بلکه موضوع حقوق اقتصادی است.» کروک که کمپانی OCEES International را در سال ۱۹۸۸ تاسیس کرد به تازگی از این شرکت جدا شد تا کمپانی جدیدی موسوم به «سیستم‌های مهار انرژی» را تاسیس کند، شرکتی با طرح‌های بلند پروازانه که قصد دارد نیروگاهی ۱۰۰ مگاواتی در سواحل اندونزی بسازد. قرار است از الکتریسیته تولید شده در این نیروگاه برای تولید گاز هیدروژن استفاده شود، سوختی سبز که می‌تواند وسایل نقلیه‌ای با آلودگی صفر را به حرکت در آورد. کروک می‌گوید زمانی که قراردادها نهایی شود شرکت او در این نیروگاه ۸۰۰ میلیون دلاری سرمایه‌گذاری خواهد کرد، نیروگاهی که به باور کروک ظرف دو سال به بهره‌برداری خواهد رسید. از نظر کوهن که او هم چند دهه در انتظار به دست آوردن یک نیروگاه حرارتی اقیانوسی تمام عیار بود، چنین نیروگاه بزرگی که کروک در سر می‌پروراند فوق‌العاده بلند پروازانه به نظر می‌رسد. به ویژه اینکه قرار است این نیروگاه با یک تاسیسات تولید هیدروژن جفت شود، سوختی که ساختار توزیع آن هنوز با اشکالات جدی روبه‌رو است. کوهن در این‌باره می‌گوید «بالا بردن مقیاس این نیروگاه‌ها با چنین سرعتی می‌تواند پرمخاطره باشد، من هم دوست دارم که ببینم پیشرفت در تکنولوژی نیروگاه‌های حرارتی اقیانوسی روند سریعی دارد اما گمان می‌کنم باید کمی محتاط‌تر عمل کنیم.»

کیوان فیض‌اللهی
New Scientist, Nov. ۱۹, ۲۰۰۸

منبع : روزنامه کارگزاران