يعتبر توفر مصدر المياه في حال كنت تائهًا في الصحراء أمرًا رئيسًا لبقائك على قيد الحياة، لكن يصعب توفر ذلك في الأراضي الصحراوية التي تفتقر لهطول الأمطار كما تفتقر لموارد المياه التي تشمل الأنهار والبحيرات والتي تمكن الأفراد قاطني تلك المناطق من العيش فيها، خاصة وأن كل ما تمتلكه المناطق الصحراوية هو خطوط ساحلية تتيح إمكانية الحصول على كميات كبيرة من مياه البحر المالحة.

تحلية المياه:

تعد عملية تحلية المياه طريقة فعالة للحصول على مياه نقية، حيث تشكل المياه في الكرة الأرضية نسبة 70% لكن تشكل نسبة المياه الصالحة للشرب 1% فقط، والحل هنا هو فصل الملح عن المياه.

تاريخ قاس من المخلفات

“يعتبر توفر المياه عبر التاريخ أمرًا أساسيًا لتقدم الحضارات الإنسانية وازدهارها منذ بداية عصر بلاد ما بين النهرين إلى الوقت الحاضر الذي يشهد تطورًا متسارعًا في المدن في منطقة الشرق الأوسط”. Read more›››

تسبب الهدر في استخدام المياه وسوء الإدارة والتحديات البيئية في نفاد وتراجع مصادر المياه النظيفة الذي انعكس بشكل” سلبي على صحة الإنسان وظروف المعيشة وعملية التقدم الاجتماعي والاقتصادي”.

توم بانكراتز, محرر مجلة “ووتر ديسالينيشن ريبورت”‹‹‹ Read less

وفي دولة الإمارات، تعتبر المياه الجوفية مالحة أيضًا وقد تصل ملوحتها في بعض الأحيان إلى 8 أضعاف ملوحة مياه البحر، لكن يمكن الاستفادة من هذه المياه في ريّ النباتات الملحية كأشجار النخيل وغير ذلك مما يحتاج إلى مياه معالجة بالتحلية.

تتصدر منطقة الشرق الأوسط الطليعة في مجال الاستدامة لأن حكومات الدول هناك تركز على مواجهة شح المياه منذ البداية، ويأتي التطور في مجال حفظ المياه واستدامتها في المنطقة نتيجة لمنهجية متعددة الأبعاد تتطلب إعادة النظر في تخطيط المدن والاستخدام الفعال للمياه والحلول المبتكرة لتوفير مياه نظيفة.

○ الحل المثالي

تتوفر محطات تحلية المياه بشكل كبير في منطقة الشرق الأوسط، ووفقًا لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية فإن 70% من محطات التحلية في العالم تقع في هذه المنطقة ومعظمها في السعودية والإمارات والكويت والبحرين، حيث تعاني هذه الدول من نقص في المياه النقية لكنها غنية بالنفط وبالتالي يمكن الاستفادة من التقنيات التي تعتمد على الطاقة في إنتاج مياه نظيفة.

ولأن النفط لن يدوم لوقت طويل والعالم اليوم يعاني من آثار الاحتباس الحراري وتغير المناخ نتيجة الاعتماد على الوقود الأحفوري في التطبيقات التي تشمل تحلية المياه في المناطق الصحراوية، فقد كان لا بد من إعادة تجديد مصادر الطاقة. وفي هذا الإطار، تتمتع منطقة الشرق الأوسط بمصادر وفيرة للطاقة المتجددة البديلة كالشمس.

ذات صلة: Desalination has social benefits – and costs, too

ولكن، ما هي آلية عمل تقنية تحلية المياه؟

تعد تقنية الضغط الأسموزي العكسي من أشهر الطرق التي تتيح مرور كميات كبيرة من مياه البحر من خلال أغشية شبه منفذة لفصل الملح عن المياه، حيث تمثل هذه الأغشية مصفاة دقيقة تساهم في التقاط الملح والشوائب الأخرى.

ومع أن هذه الطريقة تعتبر فعالة في مجال تحلية المياه، إلا أنها تعتمد على ضغط مائي عال وتتطلب عمليات ضخ قوية ومعالجة مسبقة ذات تكلفة اقتصادية مرتفعة. ففي المنطقة الشرقية في السعودية على سبيل المثال، تحتاج مياه البحر أولًا لتنقيتها من الزيوت والشحوم وقناديل البحر.

الصورة: Shutterstock

ماذا نفعل بالمحلول الملحي؟

يتكون المحلول الملحي من نسبة تركيز عالية من الأملاح الذائبة في الماء وهي ناتج ثانوي عن العديد من العمليات الصناعية التي تشمل عملية تحلية المياه وأسهل طريقة للتخلص من هذا المحلول الملحي هي إرجاعه إلى المحيط، لكن سيؤدي ذلك إلى ارتفاع نسبة ملوحة مياه البحر وزيادة نسبة القلوية فيها، الأمر الذي يشكل خطرًا بيئيًا كبيرًا.
Read more›››

وتوجد طريقة أخرى شائعة للتخلص من المحلول الملحي وهي الاستعانة ببرك التبخير التي تتبخر من خلالها المياه وتُجمع الأملاح ليتم الاستفادة منها في عمليات أخرى، ولكن كل من هاتين الطريقتين غير آمنتين على البيئة بشكل تام، وفي نفس الوقت قد يكون المحلول الملحي غير المعالج سامًا وضارًا إذا لم يتم التخلص منه بالطرق المناسبة.

وفي هذا الإطار، قام فريق بحثي تعاوني يضم جامعة الملك عبدالله للعلوم والتكنولوجيا في السعودية وجامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا في دولة الإمارات بتصميم نموذج البلور الشمسي الذي يعتمد على الطاقة الشمسية كمصدر رئيس للطاقة يساهم في رفع درجة حرارة المحلول الملحي وتبخره، وهي فكرة مشابهة لمبدأ عمل برك التبخير باستثناء أن النموذج المطور يقوم بجمع البخار المتكاثف والحصول على مياه نقية.

يبدو ذلك الحل مناسبًا للحد من خسارة المياه، لكن يمكن أن تؤثر زيادة كميات الملح في المياه على أداء المواد في البلور. لذلك، قرر الفريق البحثي تصميم جهاز جديد يقوم على الفصل بين سطح التبخر وسطح امتصاص أشعة الشمس بواسطة صفيحة من الألمنيوم ذات توصيل حراري عال. وبذلك، تقوم جدران القاعدة والجدران الداخلية بامتصاص الطاقة الشمسية، بينما تقوم الجدران الخارجية بعمليات التبخير والتكاثف.

وأكد الفريق البحثي على أن التوصيل الحراري المرتفع الذي يتميز به فاصل الألومنيوم يساهم بشكل فعال في إيصال الحرارة التي تنتج في قاعدة الجهاز إلى الجدران لتتم عملية التبخر. ويرى الباحثون أن هذه الطريقة تعتبر بسيطة لكنها تمثل استراتيجية واعدة قادرة على توفير حل مستدام وبتكلفة اقتصادية مناسبة لمعالجة المحاليل الملحية الصناعية، خاصة في التطبيقات الصغيرة ومتوسطة الحجم.‹‹‹ Read less

○ مياه البحر

تتميز عملية التحلية بأنها تتطلب كميات كبيرة من الطاقة. ووفقًا لريتشارد مولر، أستاذ الفيزياء في جامعة كاليفورنيا، نحتاج لتحلية متر مكعب من مياه البحر لكل كليو واط أو أكثر من الطاقة في الساعة.

ذات صلة: Khalifa University is a hub for desalination research

ويؤكد كورادو سوماريفا، المؤسس والمدير التنفيذي لشركة مستشاري المياه والطاقة المستدامة في منطقة الشرق الأوسط، على أن قطاع تحلية المياه قد شهد ثورة خلال السنوات الخمس الماضية ويرى أنه بالإمكان تعزيزه بالطاقة المتجددة وبشكل خاص الطاقة الشمسية.

تراجعت تكلفة عمليات التحلية بالطريقة الإسموزية بشكل ملحوظ في السنوات الأخيرة بسبب تبسيط الإجراءات وانخفاض تكلفة الكهرباء. وعلى اعتبار أن الطاقة الشمسية أقل تكلفة من الطاقة الكهربائية، فإن الانتقال لمصادر الطاقة المتجددة هو أمر حتمي.

وفي سياق متصل، قال توم بانكراتز، محرر مجلة “ووتر ديسالينيشن ريبورت” الأمريكية: “تعتبر عملية تحلية المياه من العمليات التي تعتمد بشكل كبير على الطاقة مقارنة بغيرها من عمليات معالجة المياه، وهناك اهتمام متزايد في مجال استخدام الطاقة المتجددة بهدف الحد من تكاليف تشغيل المحطات وآثارها البيئية. وفي منطقة الشرق الأوسط حيث تحلية المياه هي المصدر الرئيس لإنتاج المياه، تعد الطاقة المتجددة أقل تكلفة من الطاقة المعتمدة على الوقود الأحفوري على الرغم من وفرته.

وأضاف: “نظريًا، يمكن الاستفادة من أي شكل من أشكال الطاقة المتجددة في عملية تحلية المياه، لكن تشكل الطاقة الشمسية محط الاهتمام الأكبر، إضافة إلى أن المناطق الصحراوية التي تحتاج لتحلية المياه تحظى بكيمات كبيرة من أشعة الشمس”.

الرسومات:أنس البني، مجلة جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا.

المُقطِّرات الشمسية: الحل التقليدي

تعتبر الطرق التقليدية في بعض الأحيان الطرق الأفضل. Read more›››

تعد المقطرات الشمسية التكنولوجيا الأقدم من نوعها في مجال تحلية المياه، فهي أجهزة بسيطة تستفيد من أشعة الشمس لتنقية المياه.

يتم وضع المياه المالحة في قاع المقطر وتوضع فوقها قطعة من الزجاج أو البلاستيك ذات زاوية منحرفة، حيث تساهم أشعة الشمس في تبخر المياه الذي يتكاثف على السطح الذي يعلوه ثم يتساقط ليتجمع في حوض منفصل، وتبقى الشوائب والأملاح في قاعدة المقطر والمياه التي في الحوض هي مياه نقية ونظيفة صالحة للشرب.

فإذا احتجت لمصدر مياه نظيف، يمكنك صنع المقطرات الشمسية بواسطة صفيحة من البلاستيك (1) يمكنك من خلالها تشكيل حفرة في الأرض وكوب لجمع المياه النظيفة (2) وصفيحة بلاستيكية أخرى (3) توضع في الأعلى يتم تثبيتها بحصى للحصول على سطح مائل لتكاثف البخار.‹‹‹ Read less

وقال كورادو: “تشهد منطقة الشرق الأوسط في الوقت الحالي تزايدًا في محطات الطاقة الشمسية لإنتاج المياه النظيفة في المناطق القاحلة.

وتصل أسعار الطاقة لمدة ست ساعات في اليوم كحد أدنى إلى (1) سنت أمريكي للكيلو واط في الساعة، حيث يتم إرسال تلك الطاقة إلى مختلف المرافق من المحطات الكهروضوئية لأن كمية الطاقة الكهربائية التي يتم إنتاجها من قبل هذه المحطات تفوق طلب الشبكات في ساعات معينة خلال اليوم، كما تتيح المحطات الكهروضوئية الفرصة لتشغيل محطات التحلية لتشكل بذلك مولدات للمياه النظيفة وأجهزة امتصاص وتخزين في شبكات الطاقة

○ الموازنة الصعبة

لا يعتبر انتقال الطاقة الكهربائية من محطات توليد الطاقة إلى منازلنا وشركاتنا أمرًا سهلًا، حيث تواجه مشغلات الشبكات العديد من المهام الصعبة التي تكمن في الموازنة بين كميات الكهرباء التي تغذي الشبكة وكميات الكهرباء التي تُستهلك في المحافظة على استقرار تشغيل النظام، كما تشكل مصادر الطاقة المتجددة المتقطعة كالطاقة الشمسية وطاقة الرياح التي تغذي الشبكة تحديًا آخرًا لتحقيق التوازن.

ويشير توم إلى أنه ليس من الصدفة تنفيذ محطات التحلية التي تقوم على الطاقة المتجددة في السعودية ودولة الإمارات اللتين تمتلكان أهم وأكبر محطات الطاقة الشمسية الكهروضوئية.

وقال توم: “من غير المجدي بناء محطة كبيرة للطاقة الشمسية أو طاقة الرياح على مقربة من محطة لتحلية المياه على الساحل، ويفضل من الناحية الاقتصادية والعملية بناء محطات الطاقة المتجددة على بعد مسافات كبيرة داخل حدود الدولة وتزويد شبكة الكهرباء بالطاقة ليتم توزيعها لمحطات تحلية المياه والمرافق الأخرى”.

وأضاف توم: “وتضمن هذه المنهجية موقع محطات التحلية ومحطات الطاقة الذي يتميز بتكلفة اقتصادية مناسبة، وتساهم أيضًا في الحد من الحاجة للبطاريات الكبيرة المستخدمة في حفظ الطاقة خلال الليل أو ظروف عدم توفر الرياح”.

○ بطارية مبتكرة

يرى كورادو أنه يمكن لمحطات تحلية المياه التي تقوم على الطاقة الشمسية أن تؤدي دور نظام حفظ الطاقة الكهربائية من خلال الاستفادة من الكهرباء الزائدة عن الحاجة التي تنتجها المحطات الكهروضوئية، بدلًا من تشغيل محطات الوقود الأحفوري بشكل مستمر، في مجال تحلية المياه. وقد يكون ربط محطات التحلية بشبكة الطاقة المتجددة حلًا لمشكلتين تواجهان المنطقة هما، حفظ الطاقة المتجددة ونقص مياه الشرب.

قال كورادو: “إذا انتقل القطاع الصناعي من المفهوم التقليدي لإنتاج المياه الذي يفرضه نقص المياه، يمكن توظيف محطات التحلية بأسلوب مستدام ومرن لإنتاج المياه عندما يكون هناك فائض طاقة ناتج عن المحطات الكهروضوئية في الشبكة وتقليص عمليات التحلية عندما تصل الشبكة لوضع الذروة”.

نظريًا، يمكن الاستفادة من أي شكل من أشكال الطاقة المتجددة في عملية تحلية المياه، لكن تشكل الطاقة الشمسية محط الاهتمام الأكبر.

– توم بانكراتز, محرر مجلة “ووتر ديسالينيشن ريبورت” الأمريكية

تعليق: قد تمثل محطات تحلية المياه بالطاقة الشمسية نظامًا لحفظ الطاقة الشمسية. IMAGE:أنس البني، مجلة جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا.

إضافة لذلك، لا يتطلب إنتاج المياه في حال توفر طاقة فائضة في محطات الطاقة وتقليص إنتاجها في حال وصول الشبكة إلى الذروة تغييرات جذرية في البنية التحتية، ولكن يتطلب زيادة في سعة التخزين لمياه الشرب الناتج عن ذلك. ويشير كورادو في هذا السياق إلى أن سعة تخزين المياه تعد جزءًا من التطوير الاستراتيجي في المنطقة.

قال كورادو: “من المهم أن يبدأ صناع القرار بالنظر إلى عملية تحلية المياه ليس كوسيلة لإنتاج الماء فقط وإنما مخزن للطاقة ونظام حفظ غير مباشر”.

إضافة إلى الميزة التي تحظى بها محطات التحلية في منطقة الخليج والعالم في مجال التحديث والتطوير الذكي لعمليات التشغيل التي لا تتطلب طاقة بشكل كامل.

○ تحسينات متواصلة

يعد استخدام الطاقة المتجددة في مجال تحلية المياه فكرة ليست جديدة، حيث صدر قرار في منتصف التسعينات حول محطات معالجة المياه التقليدية في الولايات المتحدة والتي قامت بإدراج الطاقة الشمسية في مجال معالجة المياه كمحطة ماساتشوستس في العام 2009.

الصورة: أنس البني، مجلة جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا.

إدارة الموارد

ساهم سوء إدارة المياه في السابق والممارسات الزراعية غير المستدامة في منطقة الشرق الأوسط في تفاقم مشكلة التصحر ونقص المياه التي أصبحت مشكلة كبيرة في بعض الدول كالأردن واليمن. Read more›››

وقد رفعت زيادة مستويات الزراعة والصناعة والتوسع العمراني والنمو السكاني من نسبة الطلب على المياه، كما ساهم تغير المناخ في الحد من موارد المياه يومًا بعد يوم.

ووفقًا لمنظمة الأغذية والزراعة التابعة للأمم المتحدة، فإن لكل درجة سلسيوسية واحدة من الاحتباس الحراري يشهد ما نسبته 7% من العالم جفاف 20% من مصادر المياه الناتجة عن الطاقة المتجددة، حيث يؤدي تعاقب فترات الجفاف وحاجة المحاصيل المتزايدة للمياه خلال ارتفاع درجات الحرارة إلى زيادة الضغط على المياه وبالتالي تضاؤل مواردها.

وفي سياق مشروع المياه والتركيز على مستقبل محطات التحلية في منطقة الشرق الأوسط، يتم التشجيع على اكتشاف أشكال الطاقة والمياه البديلة والمحادثات المتمحورة حول المياه النظيفة.‹‹‹ Read less

يمكن لتحلية المياه أن توفر كميات كافية من المياه عند الحاجة والذي يعزز بدوره الأمن المائي للدول، وتدعم استقرار الأقاليم من خلال تفادي النزاعات على مصادر المياه، ما يعني أن هناك مجموعة من الفرص أمام المجتمعات للاستفادة من تكنولوجيات تحلية المياه.

ويساهم العديد من الباحثين، على الرغم من التحديات، في العمل على تحسين عمليات التحلية لإتاحة وصولها لأكبر عدد ممكن من السكان ومواجهة مشكلة تغير المناخ دون آثار سلبية. وفي هذا الصدد، وضع “التحالف العالمي لتحلية المياه النظيفة” هدفًا لـ 20% من محطات تحلية المياه الجديدة وهو أن يتم تزويدها بالطاقة المتجددة ما بين الأعوام 2020 و2025. وفي الوقت الحالي، تشكل الحصة العالمية للطاقة المتجددة المستخدمة في تحلية المياه نسبة 1%.

ويؤكد كورادو على أن التحدي الرئيس للوصول لتحلية المياه باستخدام الطاقة المتجددة هو تحويل أصول تحلية المياه الحرارية التقليدية

وقال: “امتدت الصلاحية الاقتصادية لهذه المحطات لعقود عديدة، إضافة لاستهلاكها الكبير للطاقة. وفي نفس الوقت، تعتبر تحلية المياه تكنولوجيا سريعة التطور”.

لم تجر أية تطورات رئيسة في هذه التكنولوجيا مؤخرًا، لكن تشهد عمليات التحلية تحسينات بمعدل ثابت التي تعزز العمليات وتزيد فعاليتها بشكل دائم.

○ منهجية متطورة

يتجه الشركاء في قطاع صناعة تحلية المياه نحو الطاقة المتجددة.

تهدف هيئة كهرباء ومياه دبي على سبيل المثال إلى تزويد محطات التحلية بالطاقة الشمسية بحلول العام 2030، كما تشجع الهيئة على رفع مستوى فعالية الطاقة المتجددة ودمجها في عمليات إنتاج المياه بشكل واسع النطاق.

وفي ميناء أوغستا في أستراليا، تعتمد إحدى محطات التحلية على الطاقة الشمسية لتوفير مياه الشرب في مزارع الطماطم. وفي غرب أستراليا، يتوجب على جميع محطات التحلية الحديثة استخدام الطاقة المتجددة.

تعليق: مثلث تحلية المياه: عند خروج النفط، هل يمكن إدخال الطاقة الشمسية الصورة:أنس البني، مجلة جامعة خليفة للعلوم والتكنولوجيا.

قال توم: “تحظى جميع مشغلات محطات تحلية مياه البحر الأسترالية بعقود مع مزودي الطاقة المتجددة الذين يساهمون في تزويد الطاقة في الشبكة المحلية بكمية مساوية لتلك التي تتطلبها محطات تحلية المياه مقابل تكلفة معينة”.

ومن ناحية أخرى، يتم تزويد مدينة الملك عبدالله الاقتصادية ومدينة الملك عبد العزيز للعلوم والتكنولوجيا في السعودية بمحطات لتحلية مياه البحر الأحمر تقوم على الطاقة الشمسية. وفي دولة الإمارات، تساهم محطة مصدر في غنتوت بإنتاج مياه معالجة بالتحلية بالاستعانة بالطاقة الشمسية وتقوم شركة “مسكارا لتحلية المياه بالطاقة المتجددة” التي طورت المحطة بتطوير مشاريع أخرى مشابهة في موريشيوس والرأس الأخضر وجنوب إفريقيا والمغرب وفانواتا.

○ مشاريع أخرى

شهدت بعض المناطق العديد من المشاريع التجريبية محدودة النطاق كمنطقة الشرق الأوسط وإسبانيا والهند، حيث جمعت التجارب ما بين الطاقة الشمسية المركزة وتحلية مياه البحر. وأشار توم إلى أن هناك مجموعة من المشاريع البحثية في الوقت الحالي تركز على استخدام أشكال أخرى من الطاقة المتجددة تشكل طاقة الأمواج ومصادر الطاقة الجوفية الحرارية والكتل الحيوية، إضافة لأشكال الطاقة التي تحتوي على أجزاء ملحية وكيميائية ومستويات مختلفة من الضغط.

وذلك ليس أمرًا سيئًا بشكل عام.

توفر طريقة تحلية المياه كميات كافية من المياه حسب الحاجة، الأمر الذي يعزز مفهوم أمن المياه في الدولة ويساهم في دعم الاستقرار إقليميًا من خلال تفادي أية صراعات على مصادر المياه والذي يعني توفير عدد كبير من الفرص التي تعود بالفائدة على المجتمع من خلال تكنولوجيات تحلية المياه.

يعتبر توفير فرص العمل المحلية والمتمثلة بعمليات إنشاء وتشغيل محطات التحلية أحد تلك الفوائد، كما تتيح تكنولوجيا تحلية المياه فرص التعليم والعمل في المجتمعات الفقيرة من خلال الحصول على المياه بشكل سهل ومنخفض التكلفة خاصة للسيدات اللاتي اعتدن على إحضار المياه وحملها من أماكن بعيدة الأمر الذي يستهلك الوقت والجهد.