من مسافة ستة مليارات كيلومتر يمكننا ان نرى كوكبا براقا ازرق اللون يتلألأ في هذا الفضاء الفسيح . في الصور التي التقطت من مسافة بعيدة جدًا بواسطة المسبار Voyager ، وهو في طريقه للخروج من النظام الشمسي ، لا تزال الأرض تظهر كنقطة زرقاء.
حوالي 71 في المئة من كوكبنا مغطى بالمياه. إذا تم استنزاف جميع المياه على الأرض ، فسيعادل ذلك 670 مليار مليار لتر من مياه الشرب النقية. لسوء الحظ ، فإن 97 في المائة من مياه الكوكب مرتبطة ببحار مالحة وبالتالي لا يمكننا نحن البشر استهلاكها للشرب.
على الرغم من ذلك ، تعتبر مياه البحر مصدرًا حيويًا لمياه الشرب حول العالم ، حيث تقوم محطات تحلية المياه بتحويل القطرات المالحة إلى مياه شرب صافية. في المستقبل ، قد تكون تحلية المياه جزءًا مهمًا من الحل في مدينة Day Zero في أستراليا.
الطاقة المطلوبة لتحلية المياه
على الرغم من أن أجسامنا تتكون من حوالي 60 في المائة من الماء ، إلا أننا لا نحتاج الا الى كميات صغيرة من الملح وبالتالي لا يمكننا شرب مياه البحر. فالجسم يمتص من 5 إلى 6 جرامات من الملح يوميًا والفائض تفرزه الكليتان عن طريق التبول. ولكن لا يمكن للكلى أن تفرز الملح إلا بكميات أقل من من الكمية الموجودة في مياه البحر ، والتي تعادل حوالي 35 جرامًا للتر.
إذا شربنا كوبًا من الماء المالح ، لكان على الجسم افراز كمية أكبر من البول من كمية الماء الموجودة في الكوب للتخلص من الملح. لذلك ، سنموت في نهاية المطاف بسبب الجفاف.
تعتبر المملكة العربية السعودية اكبر البلدان التي تستخدم تقنية تحلية المياه. توفر محطات التحلية البالغ عددها 28 محطةمفي كل البلد العربي 6.6 مليار لتر من المياه يوميًا ، أي 22 في المائة من إجمالي المياه المحلاة في العالم.
في Perth، أستراليا ، يتم تحويل ما يقرب من 45 مليار لتر من مياه البحر إلى مياه شرب كل عام ، وهو ما يعادل 18 في المئة من احتياجات المدينة الكبيرة.
قد تبدو هذه الأرقام كبيرة ، لكن حوالي واحد بالمائة فقط من احتياجات العالم من المياه العذبة تغطيها محطات تحلية المياه.
أحد التفسيرات لهذا الأمر هو أن عمليات تحلية المياه تتطلب استهلاكاً عالياً للطاقة الكهربائية واحتراق الزيت أو الغاز. بالإضافة إلى ذلك ، في كثير من دول العالم ترى الحكومات انه من الاسهل لها ان تقوم بضخ المياه الجوفية الى الاعلى.
هناك مشكلة أخرى في تحلية المياه, وهي أن عملية تحلية المياه تنتج محلولا ملحيا على تركيز أعلى من الملح مقارنة بمياه البحر العادية, والتي يتم تفريغها عادة في البحر مرة أخرى ، مما يتسبب بقتل الحيونات والنباتات البحرية.
ومع ذلك ، يرى الباحثون أن هناك فرصة جديدة لاستخراج المعادن والأملاح مثل المغنيسيوم والكالسيوم والليثيوم وكلوريد الصوديوم لاستخدامها في مختلف العمليات الصناعية وفي الزراعة. ففي معهد Massachusetts Institute of Technology (MIT) في بوسطن بالولايات المتحدة الأمريكية طور الباحثون طريقة لاستخلاص هيدروكسيد الصوديوم (الصودا الكاوية) من الماء المالح.
يتم الآن شراء كميات كبيرة من الصودا الكاوية في محطات تحلية المياه لمعالجة مياه البحر المراد تحلية مياهها ، بحيث لا يتم انسداد أغشية محطة تحلية المياه. بهذه الطريقة ، يمكن إعادة استخدام منتج النفايات الناتج عن تحلية المياه في هذه العملية.
طرق تحلية مياه البحر
يمكن تقسيم تقنيات تحلية المياه تقريبًا إلى فئتين:
- تحلية المياه القائمة على الغشاء الحراري
حتى عام 2000 ، كانت تحلية المياه الحرارية الأكثر شيوعا. ثم يتم استخدام طريقة التقطير السريع متعددة المراحل (MSF) ، حيث يتدفق ماء البحر عبر عدة غرف مع ضغوط ودرجات حرارة ومبادلات حرارية مختلفة ، مما يؤدي إلى تبخر الماء وتكثيفه بدون ملح.
اما المنتج المتبقي فانه يصبح محلول ملحي.
تتطلب العملية كميات كبيرة من الطاقة. لذلك ، في السنوات الأخيرة ، أصبحت التكنولوجيا المعتمدة على الغشاء ، التناضح العكسي ، أكثر شيوعًا من تحلية المياه الحرارية.
- التناضح العكسي
هذه العملية المسماة بالتناضح العكسي، وهي ظاهرة طبيعية تحدث عندما يتم فصل المياه العذبة عن المياه المالحة. يمكن القيام بذلك ، على سبيل المثال ، من خلال غشاء الخلية الذي يسمح فقط لجزيئات الماء بالمرور.
في محاولة لمعادلة الفرق في تركيز الملح على كل جانب من الغشاء ، تنتقل جزيئات الماء إلى المحلول الملحي.
في التناضح العكسي ، يتم ضخ المياه المالحة بضغط عالٍ من خلال غشاء مصنوع ، على سبيل المثال ، من خلات السليلوز ، إلى الجانب الآخر حيث يوجد ضغط جوي طبيعي. يسمح الغشاء بجزيئات الماء بالمرور، ولكن ليس لجزيئات الملح أو الجزيئات الأخرى. وهكذا ، تكون لدينا مياه نقية وصالحة للشرب.
أغشية الجرافين أكثر فعالية
على الرغم من أن التناضح العكسي لا يستهلك طاقة كهربائية كما هو الحال مع التقنية الحرارية ، إلا أنها ما زالت تتطلب كميات كبيرة من الكهرباء لتشغيل المضخات التي تضع مياه البحر تحت الضغط.
لذلك ، يعمل الباحثون الآن لاستغلال الطاقة المستدامة في عملية تحلية المياه. وفقًا للخطة ،فانه في عام 2030 سينتج التناضح العكسي الذي يعمل بالكهرباء الشمسية وحدها أكثر من 1.1 مليار لتر من مياه الشرب يوميًا في دبي.
هناك حل آخر لمشكلة الطاقة يتمثل في إنشاء أنواع جديدة من الأغشية التي تسمح لجزئيات الماء أن تمر بسهولة أكبر وفي نفس الوقت تمنع الملح والشوائب بشكل فعال.
واحدة من أكثر المواد التي يدرسها الباحثون هي الجرافين ، صفائح الكربون ثنائية الأبعاد التي يبلغ سمكها ذرة واحدة فقط. اذ طور الباحثون في جامعة مانشستر في إنجلترا طريقة تستخدم فيها أكسيد الجرافين كغشاء. وهذا يعني أنه يمكن للباحثين التحكم في حجم المسام في الغشاء بدقة عالية.
يستخدم الباحثون حقيقة أن جزيئات الملح محاطة "بقذيفة" من جزيئات الماء ، وبالتالي فهي كبيرة للغاية بحيث لا يمكن المرور عبر مسام الغشاء مع جزيئات الماء المعتادة. ويستغل الباحثون حقيقة أن جزئيات الملح محاطة بغلاف من جزئيات المياه, مما يجعلها كبيرة للغاية بحيث لا يمكنها العبور من خلال مسام الغشاء مع جزيئات المياه العادية.
واذا تمكن الباحثون من التحكم بحجم المسام ، بحيث يمكن أن تمر المياه من الغشاء بشكل أكثر كفاءة فان ذلك يعني أن تحلية المياه لا تتطلب ضغطًا مرتفعًا وبالتالي استهلاكا للكهرباء مثل طرق تحلية المياه الأخرى.
صيد بخار الماء
تحلية مياه البحر يمكن أن تحدث أيضا دون استخدام الأغشية. طور الباحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة يمكن أن تفصل الملح والأوساخ والمبيدات عن الماء.
ميزة تحلية المياه بدون غشاء هي أنه مع مرور الوقت تمتلئ الأغشية بالأوساخ والبكتيريا ومن ثم تحتاج إلى تنظيفها أو استبدالها.
اما في هذه العملية ، التي تسمى بالصدمة الكهربائية ، فان ماء البحر يتدفق عبر مادة زجاجية مسامية مع أقطاب كهربائية على كل جانب.
عن طريق السماح للتيار الكهربائي بالتدفق بين الأقطاب الكهربائية ، ذات الشحنات الموجبة والسالبة ، فانه يتم تقسيم المياه المالحة إلى جزء غني بالملح في احد القطبين وفي الاخر تكون المياه بمستوى منخفض من الملح. عندما يصل التيار إلى نقطة حرجة ، يتم إنشاء نوع من موجة الصدمة في السائل حيث يتم تقسيم كتلتي الماء تقريبًا بالكامل.
وفقا للباحثين ، يمكن للطريقة إزالة ما يصل إلى 99.99 في المئة من الملح في الماء.
الكهرباء هي عامل مهم في هذه التقنية. لذلك يجب ان تكون هناك طريقة اخرى تحل معضلة استهلاك الطاقة الكهربائية, فكان البديل الاستفادة من بخار الماء.
طور الباحثون طريقة لجمع بخار الماء من محطات الطاقة. اليوم ، يستخدم 39 في المائة من جميع المياه العذبة في الولايات المتحدة لتبريد محطات الطاقة لتوليد الكهرباء.
يتم إطلاق جزء كبير من هذه المياه في الجو كبخار ماء ، وبالتالي تضيع كميات كبيرة من مياه الشرب.
هذا الامر لا يعجب الباحثون الذين يقفون خلف مفهوم التبريد اللانهائي ( Infinite Cooling) لذلك هم يريدون تغيير ذلك. لذلك طوروا تقنية تسمح لهم بصيد بخار الماء المتسرب من نظام التبريد.
حيث وضعوا شبطة معدنية لجمع ما بين واحد وثلاثة في المئة من المياه الموجودة في البخار في شكل قطرات ماء. لكن الباحثون وجدوا أنه من خلال ترك تيار كهربائي ضعيف عبر الشبكة ، يمكنهم تأين الهواء ، مما يجعله مشحونًا كهربائيًا. ثم تجذب الشبكة أكثر بكثير من بخار الماء.
يمكن إعادة استخدام المياه المجمعة من نظام تبريد محطة توليد الكهرباء وتحويلها إلى مصدر المياه العذبة في مدينة قريبة من المحطة.
الفضلات البشرية مصدر اخر لمياه الشرب
البحث عن قطرات الماء لا ينتهي هنا. حتى محتويات الرطوبة في البراز البشري يمكن استخلاصها للحصول على مياه الشرب.
في عام 2015 ، تم تصميم النموذج الأولي لما يسمى المعالج الشامل في العاصمة السنغالية داكار ، التي تفتقر إلى أنظمة الصرف الصحي ولديها مشاكل كبيرة مع مياه الصرف الصحي والحمأة من المراحيض البدائية.
وبفضل هذا المشروع فانه يتم تحويل فضلات ما بين 50000 و 100000 انسانا يوميا إلى مياه شرب نقية.
بالاقتران مع الحلول التقنية الأخرى ، يضمن المعالج متعدد الاستخدامات مستقبلاً ان لا يكون هناك اي شخص يعاني من العطش.
رد مع اقتباس
المشاركة الأصلية كتبت بواسطة حچي معتوگ
