کاهش هزینه‌ی تولید برق در نیروگاه به کمک نانوجاذب‌ها
محققان دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب در همکاری با پژوهشگاه نیرو، نانوجاذب‌های آزمایشگاهی سنتز کرده‌اند که کاربرد اصلی آن در نیروگاه تولید برق حرارتی است. این نانوجاذب می‌تواند روغن‌های آلاینده‌ی آب را با راندمان بالایی از آن جدا کرده و تا حدود 10 بار بدون کاهش محسوس در راندمان جذب مورد استفاده‌ی مجدد قرار گیرد.
در صنایع مختلف از جمله نیروگاه‌های تولید برق، آب یکی از مهم‌ترین سیالات خنک کننده محسوب می‌شود. با توجه به بحران کم آبی در کشور، نیاز است تا جهت صرفه‌جویی در منابع آبی و کاهش هزینه‌های تولیدی در این صنایع، از هدر رفت آب‌های مصرفی در بخش‌های مختلف جلوگیری شود.
به گفته‌ی آرش الماسیان- عضو مرکز تحقیقات فناوری نانوی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب- از آنجا که ورود ترکیبات روغنی به منابع آب باعث آلودگی و غیر قابل مصرف شدن آن می‌شود، در پژوهش حاضر با استفاده از فناوری نانو اقدام به تولید جاذب نانولیفی جهت حذف این ترکیبات از آب شده است.
وی در خصوص مزایای جاذب تولید شده عنوان کرد: «ظرفیت جذب بالا، قابلیت بازیابی و استفاده مجدد تا حدود 10 بار از مهم‌ترین ویژگی‌های این نانوجاذب است. با توجه به نتایج حاصل شده در بخش آزمایشگاهی در خصوص میزان جذب، پیش بینی می شود که جاذب تهیه شده توانایی حذف مقدار زیادی از ترکیبات آلاینده را بدون نیاز به تعویض دارا باشد.»
از نانوجاذب می‌توان افزون بر نیروگاه‌ها در بخش تصفیه‌ی آب و پساب، در صنایع درگیر با این نوع آلودگی، همچون پالایشگاه‌های نفت و پتروشیمی و صنایع تولید روغن نیز استفاده کرد
این محقق هدف اصلی انجام این طرح را به کارگیری آن در نیروگاه‌های تولید برق حرارتی عنوان کرد و افزود: «در این نیروگاه‌ها میزان قابل توجهی از آب در مراحل مختلف به ترکیبات روغنی آلوده می‌شود و عملاً این آب جهت استفاده در مراحل دیگر قابل استفاده نیست. این آلودگی از تماس بخار آب با سوخت‌های مصرفی در نیروگاه‌های حرارتی که عمدتاً مازوت و گازوئیل هستند، ناشی می‌شود. مازوت به عنوان اصلی ترین سوخت این نیروگاه‌ها دارای ویسکوزیته بسیار بالایی است. بر این اساس، به منظور امکان جابجایی و سیالیت از بخار آب برای گرم نمودن آن استفاده می‌شود. در این برخورد مقداری از سوخت وارد بخار شده که پس از کندانس شدن، آب به این ترکیبات آلوده می‌شود.»
به گفته‌ی الماسیان، از این نانوجاذب می‌توان افزون بر نیروگاه‌ها در بخش تصفیه‌ی آب و پساب، در صنایع درگیر با این نوع آلودگی، همچون پالایشگاه‌های نفت و پتروشیمی و صنایع تولید روغن نیز استفاده کرد.
وی در ادامه افزود: «هم اکنون امکان استفاده از نانوجاذب تهیه شده جهت حذف ترکیبات روغنی در مقیاس نیمه صنعتی در حال مطالعه است. ولی با توجه به ظرفیت جذب بالا و قابلیت استفاده مجدد آن و همچنین طول عمر بالایی که دارد، پتانسیل استفاده از آن در مقیاس‌های بزرگ‌تر نیز وجود دارد.»
نانوجاذب تهیه شده از پلیمر پلی اکریلونیتریل اصلاح شده با استفاده از فرایند الکتروریسی ساخته شده و دارای ویژگی فوق آبگریزی و فوق روغن دوستی (زاویه تماس قطره آب با سطح جاذب 159/1 درجه، انرژی سطح 19/2 میلی نیوتن بر متر و متوسط مقادیر زبری سطح 23 نانومتر با سطح مخصوص 121/7 مترمربع بر گرم) است. این نانوجاذب ظرفیت جذب 148/58 و 62/53 گرم بر گرم به ترتیب برای روغن موتور و سوخت دیزل از خود نشان داده است. همچنین، نتایج آزمون انجام شده جهت تعیین قابلیت استفاده مجدد جاذب نشان داده که بعد از انجام 10 سیکل جذب، ظرفیت جذب روغن تنها در حدود 15 درصد افت می‌کند.
شایان ذکر است که جهت تعیین میزان تر شوندگی و همچنین میزان آبگریزی و روغن دوستی از آزمون‌های زاویه تماس قطره با سطح (CA)، تعیین انرژی سطح جاذب و بررسی میزان زبری سطح (AFM) جاذب بهره برده شده است. همچنین از آزمون‌های مادون قرمز (FTIR)، میکروسکوپ الکترونی (SEM) و تعیین ناحیه سطح جاذب (BET) به منظور بررسی خصوصیات و شناسایی جاذب استفاده گردیده است.
نیروگاه‌های برق با نانو خنک‌تر می‌شوند
هر دستگاه مکانیکی از قبیل انواع موتورها و کمپرسورها در هنگام کارکرد و در اثر اصطکاک اجزا حرارت زیادی ایجاد می‌کند. حرارت باعث وارد آمدن صدمه و تنش‌های نامطلوبی به سامانه می‌شود.
این حرارت باید به وسیله یک ماده، از سامانه خارج و حذف شود. در اثر تبادل حرارت که در اجزای یک چرخه نیروگاه تولید برق که منجر به افزایش حرارت یا تغییر فاز سیال عامل می‌شود، لازم است که سیال عامل را با مجموعه‌ای از تجهیزات خنک کرده یا آن را به فاز اولیه بازگرداند. به عنوان مثال برای متراکم کردن بخار خروجی از توربین و تغییر فاز دوباره آن به مایع برای ورود به دیگ بخار از آب به عنوان یک خنک‌کننده استفاده می‌شود. یا برای خنک‌کردن سیم‌پیچ‌ها در ژنراتور تولید برق از گاز هیدروژن، آب یا هوای طبیعی استفاده می‌شود. همچنین می‌توان به عنوان یک نمونه دیگر به خنک‌کردن روغن‌هایی که حرارت را از یاتاقان‌های موتور یا توربین و سایر قطعات دیگر می‌گیرند اشاره کردکه این روغن‌ها را می‌توان با آب خنک کرده و دوباره در مسیر گردش به منظور جذب حرارت قرار داد. سیال‌های عامل در یک چرخه بسته یا باز عمل کرده و برای انتقال حرارت خود به سیال خنک‌کننده از یک مبدل حرارتی استفاده می‌کنند. برای گردش سیال عامل در چرخه، پمپ‌هایی به طور مداوم سیال را به گردش در آورده و ضمن مصرف بیش از حد مواد خنک‌کننده، انرژی زیادی نیز برای این گردش تلف می‌شود. سامانه خنک‌کاری مناسب منجر به بهبود عملکرد سامانه و کاهش تلفات انرژی آن می‌شود. عمده‌ترین سامانه‌های خنک‌کننده مورد استفاده در نیروگاه‌ها را می‌توان به این صورت نام برد:
- برج‌های خنک‌کننده
- سامانه خنک‌کننده رآکتورهای نیروگاه‌های هسته‌ای
- ژنراتورهای الکتریکی
روش‌های مختلفی برای طراحی مناسب و بهینه سامانه‌های خنک‌کننده در انواع نیروگاه‌ها مطالعه و پیشنهاد شده است. پژوهشگران فناوری نانو برای رفع چالش‌های مربوط به خنک‌سازی تجهیزات نیروگاه‌ها، استفاده از نانو سیالات را پیشنهاد می‌کنند.
منابع: ستاد ویژه فناوری نانو، صمت نیوز
