ماذا بعد توقعات نقص المياه بنسبة 60% بحلول 2025.. والحل تطبيق الاستدامة في تحلية مياه البحر

ومع نمو سكان العالم من المتوقع أن يرتفع عدد الأشخاص الذين يواجهون مشاكل ندرة المياه مع بعض التقديرات التي تشير إلى أن عدد الأشخاص الذين يعانون من نقص المياه سيكون 60 في المائة بحلول عام 2025 وهناك 97 في المائة من مياه العالم في المحيطات ما يجعل تحلية مياه البحر يمثل فرصة كبيرة للتخفيف من الإجهاد المائي في جميع أنحاء العالم.

ولكن العملية يمكن أن تكون مكلفة وتستغرق وقتًا طويلاً بسبب تعقيد عملية العلاج وفي معظم المصانع تمثل الطاقة الكهربائية حوالي 35 إلى 40 في المائة من إجمالي تكاليف التشغيل وهذا هو السبب في أن تحلية المياه المستدامة والفعالة من الطاقة هي في طليعة البحث في تطوير تقنيات المياه النظيفة.

واليوم تعمل أكثر من 20000 محطة لتحلية المياه في 150 دولة وفقًا لبيانات الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين.

وقال خبراء إن أي عملية مناسبة لمعالجة المياه لاسيما تحلية المياه تستهلك الطاقة مؤكدين أهمية تطوير تحلية مياه مدفوعة بالطاقة النظيفة وعلى سبيل المثال في المملكة العربية السعودية يتم استخدام حوالي 10 بالمائة من الكهرباء في الدولة لتحلية مياه البحر ويساهم قطاع التحلية في أبوظبي بأكثر من 22٪ من إجمالي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. 

ونظرًا للنمو السريع للقدرة العالمية لتحلية المياه أصبح تطوير توليد المياه العذبة المدفوعة بالطاقة النظيفة والكفاءة في استخدام الطاقة خاصة تحلية مياه البحر ، أكثر إلحاحًا من أي وقت مضى في الوقت الحاضر.

وفي محاولة لتوليد كل من الطاقة والمياه باستخدام عملية طاقة متجددة طور خبراء نظامًا يلتقط الحرارة التي تسقطها الألواح الشمسية لاستخدامها في توليد مياه الشرب النظيفة.

وأوضحوا أنه من بين جميع مصادر الطاقة المتجددة تتمتع الطاقة الشمسية بأعلى وفرة طبيعية وأقل قيود جغرافية وتوليد الطاقة الشمسية بواسطة الخلايا الكهروضوئية "PV" يحتل الجزء الرئيسي في المعركة العالمية ضد تغير المناخ ومع ذلك تعاني الألواح الكهروضوئية من مشكلة التسخين الزائد خلال النهار خاصة في المناطق القاحلة وشبه القاحلة حيث يكون الإشعاع الشمسي مرتفعًا.

وفي الصيف يمكن أن تكون الألواح الكهروضوئية في هذه المناطق أكثر حرارة بمقدار 104 درجات فهرنهايت من الهواء المحيط ولذلك هناك كمية كبيرة من الحرارة التي يتم إنتاجها وإهدارها على الألواح الكهروضوئية يوميًا.

كام طور فريق بحث استراتيجية تقطير الغشاء الكهروضوئي "PV-MD" والتي تحول الحرارة الإضافية المتولدة من الألواح الكهروضوئية إلى مصدر طاقة لدفع عملية تقطير غشاء متعدد المراحل "MD" لإنتاج المياه العذبة من مياه البحر. 

التحرك نحو المستقبل

وفي حين أن الطاقة الشمسية يمكن أن تقدم عمليات تحلية المياه إلى الأمام في سعيها للحصول على الاستدامة فإن النظر في طاقة البطارية يمكن أن يساعد أيضًا في التخفيف من بعض مشكلات كفاءة الطاقة في هذه العملية كما يتضح من بحث من جامعة إلينوي.

ويستمر التقدم في تكنولوجيا تحلية المياه لا سيما دمج التطبيقات "الذكية" وأنظمة أكثر ذكاءً مصممة للكشف عن مشكلات تحلية المياه وتوقعها وإدارتها قبل أن تصبح مشكلات كبيرة بالإضافة إلى التحسينات في التحكم في العملية والمراقبة والاستجابة ، لديها القدرة على تعزيز العمليات اليومية.

ولتحقيق هذه الغاية أعلنت وزارة الطاقة الأمريكية مؤخرًا إطلاق جائزة التحديات الأمريكية الصنع: جائزة تحلية الطاقة الشمسية بقيمة 9 ملايين دولار وهي مسابقة لتسريع تطوير الأنظمة التي تستخدم الطاقة الشمسية الحرارية لإنتاج المياه النظيفة من مياه عالية الملوحة.

وقالت الوكالة عند الإعلان عن المنافسة: "إن استخدام تحلية المياه بالطاقة الشمسية الحرارية لتنظيف مصادر المياه غير التقليدية يوفر مسارًا جديدًا لتوليد المياه للاستخدامات البلدية والزراعية والصناعية".

وفي أبريل الماضي استضاف نادي MIT Water Club حفل توزيع جوائز جائزة الابتكار المائي السنوي وهو الحدث الذي يتوج مسابقة دولية لمدة عام للطلاب المبتكرين الذين يسعون إلى إطلاق شركات قطاع المياه.

وحصل فريق MIT ، Harmony Water على جائزة المركز الثالث بقيمة 7500 دولار لدعم بحثهم المستمر وتطوير نظام منخفض التكلفة لتحلية المياه يمكن أن ينتج المزيد من المياه وأقل ملوحة باستخدام 30 بالمائة طاقة أقل من الطرق الحالية.

وقالت شركة Harmony Water ، خلال عملية المعالجة القياسية ، إن مرحلة تحلية المياه بالتناضح العكسي تفصل التغذية عن الماء المنتج والمحلول الملحي ، ومع ذلك ، فإن إدارة المحلول الملحي يمكن أن تكلف ما يصل إلى 10 أضعاف تكلفة نشر المياه وبدلاً من ذلك ، يمكننا تقليل حجم المحلول الملحي مرتين إلى أربع مرات ، وبالتالي خفض تكلفة إنتاج المياه لنفس المصنع ، دون التأثير على معدل الإنتاج أو استهلاك الطاقة أو استخدام الغشاء.

ونظرًا للتكلفة المرتفعة لإدارة المحلول الملحي فإن الاستخدام الأكثر فعالية من حيث التكلفة لنفس الطاقة هو استعادة المزيد من المياه وتقليل المحلول الملحي وتوفير 20 في المائة من التكاليف الرأسمالية للمصنع للمحطات الصغيرة التي نستهدفها مبدئيًا باستخدام هذا النظام.

وتجري شركة Harmony Water حاليًا مناقشات مع PUB ووكالة المياه الوطنية السنغافورية وآخرين وتسعى للحصول على شريك تجاري على أمل تجريب النظام في العامين المقبلين.