مستقبل التحلل: الفرص والتحديات

وقد أصبحت ندرة المياه العذبة من أكثر التحديات العالمية إلحاحا في القرن الحادي والعشرين، حيث إن تغير المناخ والنمو السكاني والطلب الصناعي يقيد مصادر المياه التقليدية مثل الأنهار والبحيرات ومستودعات المياه الجوفية، ويزيد الآن إنتاجها من حيث التكلفة، حيث أن عملية إزالة الملح والمعادن المذوبة من مياه البحر أو المياه الكثيفة الارتداد من المياه العذبة، على مدى العقود القليلة الماضية، قد زادت من سرعة اتساع نطاق القدرة على التحلل البيئي.

الفرص في تكنولوجيا التحلل

ويعيد الابتكار التكنولوجي تشكيل تحلية حل آخر حل من الحلول إلى خيار أكثر كفاءة وأنظف وأكثر تنوعاً في مجال إمدادات المياه، وتخفض أوجه التقدم في مجال علوم الغشاء، وتكامل الطاقة، وتصميم العمليات من التكاليف وتخفض البصمات البيئية، وتفتح الباب أمام اعتماد أوسع في المناطق التي لم تستطع في السابق تحمل أو الحفاظ على تحلية المياه.

السلف في تكنولوجيا ميمبران

Reverse osmosis (RO) remains the dominant desalination technology, but its energy demand is drop thanks to next-generation membranes. Thin-film composite membranes with improved permeability and fouling resistance have been introduced, and researchers are now developing graphene-based membranes that could filter salt at higher rates while requiring less pressure. In 2023, scientists at the [FT

أما النسيج الظاهري فهو أسلوب جديد يُستَخدَم حلاً للسحب من الماء عبر حمراء شبه قابلة للاشتعال، ويتطلب ضغطاً هدراً أقل من الـ(RO). وفي حين أنَّ الفلور قد اقتصر تاريخياً على الحاجة إلى تجديد حل السحب، فإنَّ النظم الهجينة الأخيرة للزراعة (FO-RO) تظهر وعوداً تجارية فيما يتعلق بالتطبيقات الكيمائية مثل التركيز المُضُعْرْ وضَعْعْبْطْعَة وضْعْعْعْبِّيْبْعْرْبْعْبْبْرْرْبْبْ.

Renewable Energy Integration

كما أن ارتفاع الطلب على الطاقة من تحلية المياه قد ربطها تاريخياً بالوقود الأحفوري، حيث تبلغ نسبة استخدام الطاقة العالمية 3.5 في المائة في معالجة المياه، ويمكن أن يكسر تكامل الطاقة المتجددة تلك الصلة، حيث تقترن الطاقة الشمسية ذات الطاقة الفلكية والطاقة الريحية بنباتات الطاقية، لا سيما في الشرق الأوسط وشمال أفريقيا، حيث تتلاءم الأضواء الشمسية مع ندرة المياه.

وقد أصبحت النظم الهجينة التي تجمع بين الحرارة الشمسية وتحلل النسيج أو الرياح مع التدفق الحراري للدماغات أكثر شيوعاً، وهذه التشكيلات تقلل من الاعتماد على الكهرباء الشبكية وانخفاض انبعاثات غازات الدفيئة، ومع انخفاض تكاليف تخزين البطاريات، أصبح من الممكن الآن تشغيل محطات تحلية على الطاقة المتجددة المتقطعة عن طريق تخزين الطاقة في فترات ليلية أو منخفضة الرياح، ونتيجة لذلك، هناك إمدادات من الوقود تكون محمية من حيث الكربون.

استعادة الطاقة وكفاءتها

وقد انخفض استهلاك الطاقة في محطات البحث والتطوير بالفعل بأكثر من 75 في المائة منذ السبعينات، ويرجع ذلك أساسا إلى أجهزة استعادة الطاقة.() وتُحدث مبادلات الضغط، مثل تلك التي طورتها شركة Energy Recovery Inc.، وتُلقي الضغط من مسار الرنة وتُنقله إلى الماء التغذوي الجديد، وتخفض استخدام الطاقة الكلية إلى أقل من 3 كيلوفولت في محطات المياه البحرية الحديثة.

ويجري تحسين العمليات الناشئة ذات الطاقة المنخفضة، مثل التحلل الرأسي والتحول الكهرومغناطيسي، إلى أقصى حد ممكن في مجال تحلية المياه الارتجاعية، حيث يقل محتوى الملح عن مياه البحر، ويمكن لهذه التكنولوجيات أن تعمل على مستويات أقل بكثير من الطاقة (بمعدل منخفض يصل إلى 0.5 كيلوواط/م3) وهي مثالية لطبقات المياه الجوفية الداخلية، وذلك من خلال مواءمة عملية إزالة المياه إلى أقصى حد ممكن.

الحلول الصغيرة النطاق والناقلة

ويمكن أن تتيح إزالة الأحلام اللامركزية الحصول على المياه النظيفة في المناطق النائية والمناطق المنكوبة بالكوارث، كما أن الوحدات المحمولة التي تستخدم الطاقة الشمسية أو المضخات التي تعمل يدوياً متاحة الآن من منظمات مثل GivePower ، التي تنشر نظماً ذات قدرة شمسية في المناطق الريفية من أفريقيا وآسيا، ويمكن لهذه الوحدات أن تنتج ما يصل إلى 000 75 لتر من أجهزة البحث في اليوم، بما يكفي من أجل توفير

استخدام الزراعة والتخلص من السائل

ومن أكثر الفرص واعدة معالجة المنتج الفرعي للتحلية - البرلين كمورد بدلاً من النفايات، فالبرين غني في المغنيزيوم والبوتاسيوم والليثيوم والعناصر الأرضية النادرة، إذ أن الشركات تقوم بتطوير عمليات لاستخراج هذه المعادن وتحويل التخلص من الرشوة إلى مجرى للدخل.

التحديات التي تواجه التحلل

وعلى الرغم من التقدم التكنولوجي، لا تزال إزالة الملح تواجه عقبات هائلة تحد من انتشارها على الصعيد العالمي، ويجب معالجة الشواغل البيئية وارتفاع التكاليف والحواجز التنظيمية لكي تتمكن الصناعة من تحقيق كامل إمكاناتها.

الأثر البيئي

أما التحدي البيئي الأهم فهو التخلص من الرشوة، إذ يمكن أن يعاد إلى المحيط حوالي 1.5 متر مكعب من الرشوة، وهو ما يمثل عادة ضعف المياه البحرية، ويمكن أن يحتوي على مواد كيميائية متبقية من المعالجة والتنظيف، ويمكن أن يستقر عمّامات الرخوة في قاع البحر، والكائنات الحية الخبيثة التي تنتج في المحيط، وأن يغيّر فيها مستوى الملوحة المحلية(19).

كما أن المراكب المفتوحة للمحيطات تلحق الضرر بالحياة البحرية عن طريق تدريب العوالق واللافيا السمكية والكائنات الحية للكبار، وتخفض الكبريتات وسرعة السرعة دون القضاء على هذه الخسائر، ويمكن للمبالغ المتحصلات دون السطحية (مثل آبار الشاطئ) أن تخفف من التضاريس، ولكنها تعتمد على الموقع، ويجب على محطات التحلل أن تستثمر في تصميمات متقدمة للمخدرات، ونظم رصد التصريف البيئي.

ارتفاع استهلاك الطاقة ورسم الخرائط

وحتى مع استعادة الطاقة، يتطلب مكتب مياه البحر 3-5 كيلوواط في كل متر مكعب، مما يجعله الخيار الأكثر كثافة في استهلاك الطاقة في معالجة المياه، وعندما تكون الطاقة الكهربائية القائمة على الوقود الأحفوري، فإن محطات تحلية المياه تنتج كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون، ولا يمكن أن تُنتج سنوياً 000 500 طن من ثاني أكسيد الكربون، وفي حين أن التكامل المتجدد يمكن أن يخفف من ذلك، فإن معظم النباتات القائمة لا تزال متصلة بالشبكة وتعتمد على أهداف البناء الطبيعية.

الحواجز الاقتصادية

ولا تزال المياه المهددة باهظة التكلفة مقارنة بمصادر المياه العذبة التقليدية، إذ تتراوح تكاليف رأس المال بالنسبة لمصنع كبير من مياه البحر من 0.5 إلى 1.5 مليون دولار لكل 000 1 متر/يوم من القدرات، وتكاليف التشغيل (بما في ذلك الطاقة والمواد الكيميائية والعمل واستبدال الأغشية) من 0.50 دولار إلى 1.00 دولار للمتر المكعب، وهذه التكاليف باهظة في كثير من البلدان النامية، وكثيرا ما يعرقل تمويل مشاريع التبادل العام الإعانات المالية، أو الشراكات الخاصة.

بيد أن التكاليف انخفضت: وتفيد الرابطة الدولية للمساحات [(IDA)) بأن متوسط تكلفة المياه البحرية التي تُخفض بنسبة تزيد على 60 في المائة منذ عام 2000، إلى حوالي 0.50-0.80/م3 بالنسبة للنباتات الكبيرة، وأن استمرار الابتكار في المواد والتشغيل الآلي وكفاءة الطاقة سيقل من تكاليفها، ولكنه يخفف الفجوة في مواجهة التحديات في المناطق الفقيرة.

قضايا التنظيم والتصور العام

ويمكن أن تستغرق محطات إزالة الملوحة سنوات، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى تقييمات الأثر البيئي، وجلسات الاستماع العامة، والمنازعات التي تدور حولها، وكثيرا ما تركز المعارضة المجتمعية على المخاوف من الأضرار البحرية، والضوضاء، والضوء البصري، وفي كاليفورنيا، واجهت محطات متعددة مقترحة للتحلية تحديات قانونية، وأُلغيت، كما أن الاتصالات المتباعدة، وخطط التخفيف البيئية القوية، ومشاركة أصحاب المصلحة، أمور أساسية للحصول على ترخيص اجتماعي.

الهياكل الأساسية والتكامل

وتتطلب محطات التحلل هياكل أساسية هامة: خطوط الأنابيب المتحصلة والمخارجة، ومحطات الضخ، وخزانات التخزين، والوصلات بشبكات توزيع المياه، وفي العديد من المناطق التي تُصمم المياه، تكون الشبكات القائمة قديمة أو ناقصة الحجم، وتتطلب رفع مستوياتها بتكلفة، وتدمج تحلية المياه مع مصادر المياه الأخرى (المياه المُعاد تدويرها، ومسك مياه العواصف) يتطلب تخطيطا متقدما واستثمارا في نظم النقل.

The Path Forward: Innovations and Policy

إن تحقيق مستقبل تحلية المياه يتوقف على مزيج من البحوث المستمرة، والسياسات الذكية، والاستراتيجيات المتكاملة لإدارة المياه، ومن المرجح أن يشهد العقد القادم إنجازات تتصدى للتحديات الرئيسية، مع رفع مستوى أفضل الممارسات.

توجيهات البحوث

3 - إن علم النانو والتقديرات الحيوية في مقدمة البحوث المتعلقة بالأمبراين، حيث أن المقاييس القائمة على الكوابل تُلهم عمليات الاختصار والقابلية للاختراق في قنوات المياه الطبيعية، وهي عمليات استخباراتية ذات كفاءة في استخدام الطاقة الشمسية، وقد أظهرت نماذج أولية معدلات رفض الملح تتجاوز 99.5 في المائة، مع استهلاك الطاقة دون 2 كيلوه/م3. وفي الوقت نفسه، أبلغ الباحثون عن [FLT: نفايات]

وثمة مجال واعد آخر هو تحلية الكهروكيميائية، التي تستخدم الكهرباء لإزالة الأيون دون ضغط شديد، ويجري تطوير إزالة الأسيونية الكهرمائية، وإزالة الأنهار البطارية من أجل المياه الخرقاء، ويمكن أن تمتد في نهاية المطاف إلى مياه البحر، وهذه النظم تعمل في ضغط محيطي، وتخفض درجة التعقيد الميكانيكي، وتسمح بالتصميمات المتحركة، وإذا استمرت كفاءة الطاقة في التحسن، فإن التطبيقات الكهروكيميائية يمكن أن تكملها.

السياسات والاستثمار

ويمكن للحكومات أن تعجل بنشر التحلية من خلال سياسات محددة الهدف، كما أن التعريفات الجمركية المتعلقة بالتخليص من الطاقة المتجددة، والائتمانات الضريبية لاسترداد الطاقة، وترشيد السماح للمصانع التي تستخدم أفضل التكنولوجيات المتاحة هي كلها أدوات فعالة، وقد مول البنك الدولي والمصارف الإنمائية الإقليمية مشاريع إزالة الملوحة في الشرق الأوسط وشمال أفريقيا وآسيا، التي كثيرا ما تربط القروض بمعايير الأداء البيئي.

الإدارة المتكاملة للمياه

ولا ينبغي النظر إلى التحلل بمعزل عن المدن الأكثر أمناً للمياه، إذ أن إزالة الملوحة تعتبر عنصراً واحداً من عناصر حافظة متنوعة تشمل حفظ المياه، وخفض التسرب، وجني مياه الأمطار، وإعادة استخدام المياه، كما أن برنامج سنغافورة للمناخ الجديد، مثلاً، يجمع بين المعالجة المتقدمة للمياه المستعملة مع معالجة المياه الصالحة للشرب مع معالجة تحلية المياه وتصريفها في المستودعات لتحقيق الاكتفاء الذاتي للمياه.

الاستنتاج: تأمين المياه للمستقبل

وقد تطورت عملية التحلل من التكنولوجيا المتخصصة إلى قاعدة رئيسية من إمدادات المياه لملايين الناس، فالفرص التي تُتاح في المستقبل بواسطة نظم متقدمة، والطاقة المتجددة، وإدارة المواد العائمة - هائلة، ومع ذلك فإن تحديات الأثر البيئي، والتكاليف المرتفعة، والعقبات التنظيمية هي تحديات متساوية، وسيتطلب التغلب عليها الاستثمار المستدام في البحوث، والقرارات الشجاعة في مجال السياسات، والالتزام بالإدارة المتكاملة للمياه.

إن مستقبل تحلية المياه ليس مجرد بناء المزيد من النباتات، بل يتعلق ببناء نظم مياه أذكى وأنظف وأكثر إنصافا، ويمكن أن يساعد تحلية المياه العذبة، مع الجمع الصحيح بين الابتكار والحوكمة، على تأمين المياه العذبة للأجيال القادمة دون المساس بصحة محيطاتنا أو استقرار مناخنا.