يمكن المياه المالحة إخماد عطشنا المتنامي؟

يمكن المياه المالحة إخماد عطشنا المتنامي؟

عالم مليء بالماء بشكل متزايد يأخذ نظرة جديدة على تحلية المياه. يبدو الأمر بسيطا بما فيه الكفاية: خذ الملح من الماء حتى يمكن شربه.

لكنه أكثر تعقيدًا بكثير مما يبدو للوهلة الأولى. كما أنه أمر حاسم بشكل متزايد في عالم تتعرض فيه موارد المياه العذبة لضغوط متزايدة بسبب النمو السكاني ، والتنمية ، والجفاف ، وتغير المناخ وأكثر من ذلك. هذا هو السبب في أن الباحثين والشركات من الولايات المتحدة إلى أستراليا يضبطون مفهوما عمره قرون قد يكون مستقبل إطفاء عطش العالم.

يقول توم بانكراتز ، استشاري تحلية المياه والمحرر الحالي للنشرة الأسبوعية التجارية: "عندما يتعلق الأمر بزيادة إمدادات المياه ، لديك أربعة خيارات: زيادة قدرتك على إعادة الاستخدام ، أو زيادة التخزين ، أو المحافظة عليه أو التحول إلى مصدر جديد". تقرير تحلية المياه. "وبالنسبة للعديد من الأماكن حول العالم ، فإن المصدر الجديد الوحيد هو تحلية المياه".

عملية مكلفة

لقد كانت تقنية تحلية المياه موجودة منذ قرون. في الشرق الأوسط ، يمتلك الناس مياه جوفية معتدلة الملوحة أو مياه البحر منذ فترة طويلة ، ثم يكثف البخار لإنتاج مياه خالية من الملح للشرب أو ، في بعض الحالات ، للري الزراعي.

بمرور الوقت أصبحت العملية أكثر تعقيدًا. تستخدم معظم منشآت تحلية المياه الحديثة التناضح العكسي ، حيث يتم ضخ المياه عند ضغط مرتفع من خلال أغشية نصف قابلة للنزع تزيل الملح والمعادن الأخرى.

في جميع أنحاء العالم حول 300 مليون شخص يحصلون على بعض المياه العذبة من أكثر من محطات تحلية 17,000 في دول 150. لقد سيطرت بلدان الشرق الأوسط على هذا السوق بدافع الضرورة وتوافر الطاقة ، ولكن مع التهديدات بنقص المياه العذبة المنتشرة في جميع أنحاء العالم ، ينضم آخرون بسرعة إلى صفوفهم. قدرة الصناعة ينمو حول 8 في المئة سنويا ، وفقا لراندي Truby ، ​​المراقب المالي والرئيس السابق لل جمعية التحلية الدولية، مجموعة صناعية ، مع "رشقات من النشاط" في أماكن مثل أستراليا وسنغافورة.

في الولايات المتحدة ، يجري بناء مصنع بقيمة $ 1 مليار في كارلسباد ، كاليفورنيا ، لتوفير حوالي 7 في المئة من احتياجات مياه الشرب لمنطقة سان دييغو. عندما يتم تشغيله عبر الإنترنت في أواخر 2015 ، سيكون الأكبر في أمريكا الشمالية ، مع سعة 50-million-gallon-day. ولدى كاليفورنيا حاليًا مقترحات 16 لتحلية المياه في الأعمال.


الحصول على أحدث من InnerSelf


تم العثور على معظم الماء على الأرض في المحيطات والأجسام المائية الأخرى.

لكن تحلية المياه باهظة الثمن. إن ألف جالون من المياه العذبة من محطة لتحلية المياه يكلف المستهلك العادي في الولايات المتحدة من 2.50 إلى 5 $ ، كما يقول Pankratz ، مقارنة بـ 2 دولار للمياه العذبة التقليدية.

إنها أيضًا خنزير للطاقة: تستهلك محطات التحلية حول العالم أكثر من 200 مليون كيلو واط ساعة كل يوم، مع تكاليف الطاقة ما يقدر بنحو 55 في المئة من إجمالي تكاليف التشغيل والصيانة للمحطات. يتطلب الأمر معظم محطات التناضح العكسي حول 3 إلى 10 كيلوواط / ساعة من الطاقة لإنتاج متر مكعب واحد من المياه العذبة من مياه البحر. عادة ما تستخدم محطات معالجة مياه الشرب التقليدية بشكل جيد تحت 1 kWh لكل متر مكعب.

ويمكن أن يسبب مشاكل بيئية ، من تشريد الكائنات التي تعيش في المحيطات إلى تغيير تركيز تركيزات الملح المحيطة بها.

البحث في مجموعة من التحسينات لتحلية مياه البحر جار لجعل عملية أرخص وأكثر ملاءمة للبيئة - بما في ذلك الحد من الاعتماد على الوقود الأحفوري الطاقة المستمدة من الوقود، والتي تعمل على إدامة الحلقة المفرغة من خلال المساهمة في تغير المناخ الذي يسهم في المياه العذبة نقص في المقام الأول.

ترقية الغشاء

يقول معظم الخبراء أن التناضح العكسي فعال بقدر ما سيحصل عليه. لكن بعض الباحثين يحاولون الضغط أكثر بتحسين الأغشية المستخدمة لفصل الملح عن الماء.

الأغشية المستخدمة حالياً لتحلية المياه هي بشكل رئيسي أفلام البولي أميد الرقيقة المتدحرجة في أنبوب مجوف من خلاله فتائل المياه. تتمثل إحدى طرق توفير الطاقة في زيادة قطر الأغشية ، التي ترتبط ارتباطًا مباشرًا بكمية المياه العذبة التي يمكنها صنعها. تتحرك الشركات بشكل متزايد من 8-inch إلى 16-inch أغشية قطرها ، والتي لديها أربعة أضعاف المساحة النشطة.

"هل يمكن ان تنتج المزيد من المياه في حين خفض البصمة للمعدات"، ويقول هارولد Fravel الابن، المدير التنفيذي ل جمعية تكنولوجيا الأغشية الأمريكيةوهي منظمة تعمل على تطوير استخدام أنظمة تنقية المياه.

وتركز الكثير من البحوث الغشائية على المواد النانوية - المواد حول زمن 100,000 أصغر من قطر شعرة الإنسان. وأفاد باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في 2012 أن الغشاء المصنوع من صفائح ذرة كربون ذات ذرة واحدة تسمى الجرافين يمكن أن يعمل بشكل جيد ويتطلب ضغطًا أقل لضخ المياه من البولي أميد ، وهو ما يزيد بحوالي ألف مرة. يعني الضغط الأقل طاقة أقل لتشغيل النظام ، وبالتالي ، فواتير طاقة أقل.

الجرافين ليست دائمة فقط ورقيقة بشكل لا يصدق، ولكن، على عكس مادة البولي أميد، انها ليست حساسة للمركبات معالجة المياه مثل الكلور. في 2013، على براءة اختراع لوكهيد مارتن الغشاء Perforene، وهو ذرة واحدة سميكة مع ثقوب صغيرة بما يكفي لالملح فخ والمعادن الأخرى ولكن أن تسمح للماء بالمرور.

ويقول فيليب ديفيز ، وهو باحث في جامعة أستون ، متخصص في الأنظمة الموفرة للطاقة لمعالجة المياه: إن أحد الحلول الأخرى ذات الأهمية النانوية هو الكربون النانوي. والأنابيب النانوية الكربونية جذابة للأسباب نفسها مثل مادة الجرافين - مادة قوية ومتينة معبأة في عبوة صغيرة - ويمكن أن تستوعب أكثر من نسبة 400 في وزنها في الملح.

يجب تبديل الأغشية ، لذا فإن متانة الأنابيب النانوية الكربونية ومعدل الامتصاص المرتفع يمكن أن يقلل من تردد الاستبدال ، مما يوفر الوقت والمال.

ويقول بانكراتز إن تقنية الأغشية "تبدو مثيرة ، ولكنها ليست سهلة". "هناك تحديات هندسية عند صنع شيء رقيق للغاية لا يزال يحافظ على النزاهة."

ويقول ويندل إيلا ، أستاذ الهندسة الكيميائية والبيئية بجامعة أريزونا ، إن الجرافين والأنابيب النانوية الكربونية هي عقود بعيدة عن الاستخدام الواسع النطاق. "أنا أراهم لديهم تأثير ، ولكن هذا مخرج."

وقال تروبي إن الحواجز أمام التسويق تشمل هندسة مواد صغيرة وصنع أغشية جديدة متوافقة مع المصانع والبنية التحتية الحالية.

ويقول: "سوف يكون من الضروري تطوير الأنظمة دون تمزيقها وبناء مصنع جديد بالكامل".

التناضح إلى الأمام

ينظر آخرون إلى ما بعد التناضح العكسي إلى عملية أخرى تعرف باسم التناضح الأمامي. في التناضح الأمامي ، يتم سحب مياه البحر إلى النظام بواسطة محلول يحتوي على أملاح وغازات ، مما يؤدي إلى اختلاف الضغط التناضحي العالي بين الحلول. تمر المحاليل عبر غشاء واحد ، تاركة الأملاح خلفها.

وتقول إيلا إن التناضح الأمامي "سيكون على الأرجح أكثر فعالية كمعالجة أولية وليس كعلاج قائم بذاته في مصانع مياه البحر التجارية" لأن التناضح العكسي يؤدي بشكل أفضل على نطاق واسع. كمعالجة أولية ، يمكن للتناضح الأمامي أن يطيل عمر أغشية التناضح العكسي ويعزز صحة النظام بشكل عام عن طريق تقليل المطهرات اللازمة وخيارات المعالجة الأخرى.

يجب أن تستخدم عملية طاقة أقل التناضح العكسي، ويقول العلا، منذ قادت اليها الديناميكا الحرارية. ولكن في الصيف الماضي معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا العلماء وذكرت أن التناضح إلى الأمام لتحلية المياه قد تثبت المزيد من الطاقة المكثفة من التناضح العكسي وذلك بسبب تركيز الملح العالية في المحلول الناتج من الخطوة الأولى.

شركة بريطانية المياه الحديثة تدير أول محطة تجارية للتناضح الأمامي في سلطنة عمان ، في الساحل الجنوبي الشرقي من شبه الجزيرة العربية. في 26,000 غالون في اليوم ، يمتلك النظام قدرة أصغر بكثير من معظم أنظمة التناضح العكسي على نطاق واسع. لم يرجع مسؤولو الشركة طلبات التعليقات على المصنع. ومع ذلك أشار تقرير الشركة إلى أن المصنع لديه انخفاض بنسبة 42 في الطاقة مقارنة بالتناضح العكسي.

هيذر كولي ، مدير برنامج المياه مع معهد المحيط الهادئوتقول منظمة أبحاث الاستدامة ومقرها كاليفورنيا ، إن معظم تكنولوجيا التناضح المتقدمة ما زالت في مرحلة البحث والتطوير ، وأن الاستخدام التجاري هو خمسة أعوام إلى 10 سنوات.

تخفيف الحل

مقاربة أخرى للحد من تكلفة الطاقة من التحلية RO-PRO، أو عكس ضغط التناضح العكسي المتخلفين. أعمال RO-PRO عن طريق تمرير مصدر المياه العذبة ضعف، مثل مياه الصرف الصحي، من خلال الغشاء في بقايا محلول ملحي للغاية من التناضح العكسي، والتي عادة ما يتم تصريفها إلى المحيط. اختلاط الاثنين تنتج الضغط والطاقة التي يتم استخدامها لتشغيل مضخة التناضح العكسي.

مستوحاة من نظام يستخدم من قبل Statkraftوهي شركة تعمل في مجال الطاقة المائية والطاقة المتجددة في النرويج ، وتعمل الآنسة آمي تشايلدريس ، أستاذة الهندسة البيئية بجامعة جنوب كاليفورنيا ، على اختبار RO-PRO في كاليفورنيا. يقول تشايلدرس أن التقديرات "المتفائلة" تظهر أن RO-PRO يمكن أن يقلل من الطاقة اللازمة للتناضح العكسي 30 في المائة. تلاحظ أن بعض الشركات غير المحددة أبدت اهتمامًا ببرنامجها التجريبي.

الاستعادة والطاقة المتجددة

يقول Fravel أن العديد من النباتات تحاول استعادة الطاقة من داخل العملية. فالشاحن التوربيني ، على سبيل المثال ، يأخذ الطاقة الحركية من التيار الخارج من المياه المالئة المركزة ويعيد تطبيقه على جانب مياه البحر القادمة. "قد يكون لديك 900 [رطل لكل بوصة مربعة] على جانب التغذية وقد يكون التركيز في 700 psi. هذا هو الكثير من الطاقة في تيار التركيز "، كما يقول.

إن دمج الطاقة المتجددة في جانب مدخلات الطاقة في الأمور هو نهج واعد بشكل خاص لتعزيز استدامة تحلية المياه. كما أن توفير الماء قبل انتقاله إلى الأغشية يمكن أن يوفر الطاقة أيضًا. تقول فرافل: "كلما كان بإمكانك تنظيف الماء بشكل أفضل قبل أن يتحول إلى التناضح العكسي ، كلما كان ذلك أفضل". وتستخدم النباتات في البحرين واليابان والمملكة العربية السعودية والصين المعالجة المسبقة لإجراء عملية التناضح العكسي أكثر سلاسة.

إن دمج الطاقة المتجددة في جانب مدخلات الطاقة في الأمور هو نهج واعد بشكل خاص لتعزيز استدامة التحلية. في الوقت الحالي ، تأتي نسبة 1 في المائة من المياه المحلاة من مصادر الطاقة المتجددة ، خاصة في المرافق الصغيرة. لكن بدأت مصانع أكبر في إضافة مصادر الطاقة المتجددة إلى محفظتها للطاقة.

بعد سنوات من الكفاح ضد الجفاف ، جلبت أستراليا ستة محطات تحلية عبر الإنترنت من 2006 إلى 2012 ، حيث استثمرت أكثر من $ 10 مليار. وتستخدم هذه النباتات بعض مصادر الطاقة المتجددة للطاقة ، ومعظمها من خلال مزارع الرياح القريبة التي تضع الطاقة في الشبكة ، كما تقول بانكراتز. وتقوم محطة سيدني لتحلية المياه ، التي تزود حوالي 15 من المياه إلى أكثر المدن الأسترالية اكتظاظاً بالسكان ، بتزويدها بتخالفات من شركة Capital Wind Farm 67-turbine حول 170 miles إلى الجنوب.

تعتبر الطاقة الشمسية جاذبة للعديد من دول تحلية المياه الثقيلة - لا سيما تلك الموجودة في منطقة الشرق الأوسط والبحر الكاريبي حيث تكثر فيها الشمس. في أحد المشاريع الأكثر طموحا ، أعلنت شركة مصدر الإماراتية للطاقة في 2013 أنها تعمل على أكبر محطة تحلية تعمل بالطاقة الشمسية في العالم ، قادرة على إنتاج أكثر من 22 مليون جالون في اليوم ، مع إطلاق مخطط في 2020.

التأثيرات البيئية

بالطبع يجب على خطط استخدام مياه البحر ، النظر في الآثار المترتبة على الحياة البحرية. الكثير من مرافق التحلية تستخدم مآخذ مفتوحة للمحيط. وكثيراً ما يتم فحصها ، لكن عملية تحلية المياه يمكن أن تقضي على الكائنات الحية أثناء تناولها أو أثناء مراحل معالجة النبات ، كما يقول كولي. يمكن أن تساعد المآخذ تحت السطحية الجديدة ، التي تذهب تحت الرمال لاستخدامها كمرشح طبيعي ، في تخفيف هذا القلق.

أيضا ، هناك مشكلة كيفية التخلص من الكثير من الماء شديد البرودة بعد تحلية المياه. كل جالونين يأخذهما المرفق يعني جالون واحد من المياه الصالحة للشرب وجالون واحد من الماء يبلغ ضعف ما كان عليه عند دخوله. معظم النباتات تقوم بتصريفها مرة أخرى إلى نفس جسم الماء الذي يعمل كمصدر للدخول.

وتقول إيلا إن المصانع الصغيرة ، مثل محطة التناضح الأمامي في عمان ، يمكن أن تكون مستقبل تكنولوجيا تحلية المياه. وتوفر تقنية RO-PRO طريقة واحدة لخفض تركيز الملح في التفريغ ، مما قد يضر بالمخلوقات القاعية. طريقة أخرى تكتسب شعبية هي استخدام الناشرون ، وهي سلسلة من الفوهات التي تزيد من حجم خلط مياه البحر مع تصريف مركزات منع بقع ملح عالية.

في واحدة من الدراسات الحديثة الأكثر حداثة التي تتصدى لتفريغ المحيطات ، قامت شركة Davies of Aston University بتسخين تصريف المياه المالحة باستخدام الطاقة الشمسية لتحويل كلوريد المغنيسيوم إلى أكسيد الماغنسيوم ، والذي يسميه "عامل جيد لامتصاص ثاني أكسيد الكربون". المراحل الوليدة ، ولكن يمكن أن يكون لها فائدة بيئية مزدوجة للحد من التصريف وإزالة أول أكسيد الكربون2 من المحيط باستخدام الطاقة الشمسية لضرب التركيز.

حجم الحكمة

وتقول إيلا إن المصانع الصغيرة ، مثل محطة التناضح الأمامي في عمان ، يمكن أن تكون مستقبل تكنولوجيا تحلية المياه. ويقول إن الكثير من الابتكارات الجديدة يمكن أن تكون منطقية من الناحية الاقتصادية على نطاق أصغر ، ولن تضطر الشركات إلى الاستثمار بشكل كبير في البنية التحتية.

"بدلاً من النباتات الكبيرة ، قد ننزل إلى 10,000 جالون محطات تحلية في اليوم" ، تقول إيلا. "أرى اللامركزية ومحطات التحلية الصغيرة التي تخدم المجتمعات الصغيرة."

كما سيوفر ذلك فوائد بيئية مثل السماح للطاقة المتجددة بالاضطلاع بدور أكبر ، حيث أنه من الأسهل بكثير تشغيل محطات صغيرة تعمل بالطاقة الشمسية وطاقة الرياح مقارنةً بالنفايات الكبيرة ، كما يقول.

يقول بانكراتز وتحلية المياه تكون دائما أكثر تكلفة من معالجة المياه العذبة. ومع ذلك، سوف تساعد الابتكارات تحلية اصبح خيارا عمليا على نحو متزايد حيث أن الطلب على المياه العذبة ينمو في عالم متعطش على نحو متزايد.

عرض الصفحة الرئيسية Ensia ظهر هذا المقال أصلا على Ensia

نبذة عن الكاتب

bienkowski بريانيعمل برايان بيينكووسكي كمحرر لصحيفة أخبار الصحة البيئية وموقعه الشقيق ، ذا ديلي مالتوري. وهو حاصل على درجة الماجستير في الصحافة البيئية وعلى درجة البكالوريوس في التسويق من جامعة ولاية ميشيغان. يعيش مع الكلب الألماني الصغير ، لوي ، في لانسينغ ، ميشيغان.

كتاب ذو صلة

{amazonWS: searchindex = كتب، كلمات = 082138838X، maxresults = 1}

enafarزكية-CNzh-TWnltlfifrdehiiditjakomsnofaptruessvtrvi

اتبع InnerSelf على

الفيسبوك أيقونةتويتر أيقونةآر إس إس أيقونة

احصل على آخر عبر البريد الإلكتروني

{Emailcloak = إيقاف}

الأكثر قراءة

البحث عن حياة أكثر معنى وهدف
البحث عن حياة أكثر معنى وهدف
by فرانك باسكيوتي ، دكتوراه
كيف تتحدث مع أطفالك عن الطلاق؟
كيف تتحدث مع أطفالك عن الطلاق؟
by مونتيل ويليامز وجيفري غارديري ، دكتوراه