تواجه مصر أزمة مياه متزايدة بسبب مناخها القاحم ، وموارد المياه المحدودة ، وزيادة عدد السكان. يعتمد بلد 114 مليون شخص اعتمادًا كبيرًا على أطول نهر في العالم ، النيل ، للمياه العذبة. لكن الطلب المتزايد على المياه في مصر ومن المستخدمين في المنبع لمياه النيل (مثل سد عصر النهضة الإثيوبي الكبير الإثيوبي) يعني أن النيل لم يعد كافيًا.
كان المهندس الكيميائي Thokozani Majozi جزءًا من فريق قام ببناء نموذج لنظام تحلية التناضح العكسي الجديد الذي يعمل بالرياح. هذه تستخدم الطاقة من بقايا المياه المالحة لتشغيل النبات. وجد الفريق أن هذا النموذج يمكن أن يعمل بشكل جيد في المنتجعات الساحلية العاصفة للغاية. أنظمة المياه مثل هذه هي مرنة لتغير المناخ. تضغط وكالات المياه حاليًا على مجموعة العشرين ، التي قادتها جنوب إفريقيا هذا العام ، لتكريس المزيد من التمويل لإعدادها.
كيف يمكن أن تساعد تحلية المياه مصر؟
حصة الفرد من مصر من المياه العذبة المتجددة من النيل ومياه الأمطار قد انخفض منذ عقود. تقع البلاد حاليًا تحت عتبة فقر المياه التي تبلغ 1000 متر مكعب للشخص الواحد في السنة. هذا هو فقط حوالي نصف المياه التي يحتاجونها للصحة والرفاهية.
تغير المناخ يجعل الوضع أسوأ. إنه يعطل أنماط هطول الأمطار ويزيد من الجفاف ، مما يجعل مصادر المياه التقليدية أقل موثوقية.
اقرأ المزيد: شمال إفريقيا وأزمة المياه المتفاقمة في الشرق الأوسط
تحلية المياه تقدم حلًا واعداً. من خلال إزالة الأملاح والشوائب من مياه البحر ، يمكن أن توفر تحلية المياه إمدادات ثابتة من المياه النظيفة للشرب والزراعة والصناعة. على سبيل المثال ، فإن مصنع تحلية تحلية المياه في المملكة العربية السعودية 3A يزداد المياه الصالحة للشرب إلى 1.6 مليون شخص يوميًا.
تحلية المياه فعالة للغاية عند استخدام التناضح العكسي. يستخدم التناضح العكسي ضغطًا لإجبار مياه البحر من خلال غشاء شبه منفصل. هذا يزيل جميع الأملاح المذابة والملوثات والشوائب مثل الأوساخ والبلاستيك الدقيق من الماء.
تم الاعتراف بها بالفعل على أنها مناسبة بشكل خاص للمناطق الساحلية الواسعة في مصر والتي ليست بعيدة عن نهر النيل.
ما مقدار الطاقة التي تحتاجها نباتات تحلية المياه؟
يتطلب تحلية التناضح العكسي مضخات عالية الضغط لإجبار مياه البحر عبر الأغشية. تستهلك هذه العملية عادة ما بين 3 كيلو وات ساعة و 8 كيلو وات ساعة من الكهرباء لكل متر مكعب من المياه العذبة المنتجة. هذا يكفي لتشغيل ثلاجة أسرة متوسطة لمدة 24 ساعة.
لذلك ، فإن إنتاج 600000 متر مكعب من المياه سيستخدم نفس كمية الكهرباء التي يبلغ عددها 600000 ثلاجة. وبالمقارنة ، فإن مرفق معالجة المياه النموذجي (البلدية) يستخدم فقط 0.2 كيلو وات ساعة إلى 1 كيلو وات ساعة من الكهرباء لإنتاج متر مكعب من الماء الصالح للشرب.
اقرأ المزيد: تعمل مصر وإثيوبيا أخيرًا على صفقة مياه – ماذا يعني ذلك بالنسبة لحالات نهر النيل الأخرى
هذا الطلب على الطاقة يجعل محطات تحلية المياه مكلفة للتشغيل. إذا تم توليد الكهرباء في بلد ما من الوقود الأحفوري المحترق مثل الفحم ، فإن استخدام هذه الطاقة القذرة لتشغيل مصنع تحلية المياه يعني أن تحلية المياه لها تأثير بيئي سلبي.
تهدف مصر إلى تقليل بصمة الكربون والانتقال إلى نموذج طاقة أكثر استدامة. لذلك ، يعد تشغيل محطات تحلية المياه باستخدام الطاقة المتجددة أمرًا حيويًا لتوطين تقنيات تحلية المياه على المدى الطويل في المنطقة.
كيف يمكن أن تساعد طاقة الرياح؟
بنى بحثنا نموذجًا لنظام تحلية التناضح العكسي الجديد الذي يعمل بالرياح.
بدلاً من تحويل طاقة الرياح إلى كهرباء ، استخدم طرازنا الجديد طاقة الرياح لدفع المضخات التي توفر الضغط المطلوب للتناضح العكسي. عندما تكون سرعات الرياح مرتفعة ، يقوم النظام بتخزين الهواء المضغوط الزائد في تخزين الهواء المضغوط المخصص. يتم رسمها خلال فترات الرياح المنخفضة. لقد وجدنا أن هذا ألغي الحاجة إلى البنية التحتية الكهربائية التقليدية ، مثل المولدات والمحركات وبنوك البطارية.
أظهر نموذجنا أنه يمكن أيضًا إنشاء الطاقة من المياه المالحة التي يتم تركها بعد تحلل مياه البحر. يستخدم التناضح العكسي ضغطًا عاليًا لدفع مياه البحر عبر الغشاء الذي يزيل الملح والشوائب الأخرى. هذا يعني أن الماء المالح موجود دائمًا على جانب الضغط العالي من غشاء التناضح العكسي. عادة ما يتم التخلص من المياه المالحة المتبقية.
في نظامنا ، نقوم بتخفيض هذا الضغط العالي إلى الضغط الجوي قبل إبعاد الماء المالح. يوفر هذا ضغطًا إضافيًا يساعد على دفع مياه البحر الجديدة من خلال الغشاء ، مما يقلل من استهلاك الطاقة العام للنظام.
اقرأ المزيد: تحلية المياه: توضح الأمثلة العالمية كيف يمكن لـ Cape Town رفع لعبتها
اختبرنا نموذجنا في مختبر باستخدام بيانات سرعة الرياح من 20 مدينة ساحلية عبر مصر. أظهرت النتائج أن هورغادا ، وهي مدينة منتجع رئيسية تقع على بعد حوالي 500 كيلومتر جنوب شرق القاهرة ، ستكون الموقع الأكثر واعدة. هذا بسبب سرعات الرياح المواتية ، مما يعني أدنى تكلفة إجمالية للمياه وأعلى إنتاج سنوي للمياه. تعتمد كمية المياه الصالحة للشرب التي يمكن إنتاجها على حجم النظام – بمعنى آخر ، مقدار التمويل المتاح لبناء مصنع تحلية أكبر حجم.
هذا المفهوم لا يزال في مرحلة بحث من التطوير. إنه يقع تحت ما أصبح معروفًا بمخططات تخزين الطاقة طويلة المدة (التكنولوجيا التي يمكن أن تخزن الطاقة المتجددة لأكثر من 10 ساعات). يجب الآن تطبيقه في الممارسة العملية.
ما الذي يجب أن يحدث بعد ذلك؟
يجب أن تكون الخطوة التالية هي تطوير المشاريع التجريبية في مناطق عاصفة للغاية مثل هورغادا ، وإل جونا ، وهي مدينة منتجع مصنوعة من الغرض تقع على بعد حوالي 25 كم شمال هورغادا.
من شأن المشاريع التجريبية التحقق من صحة أداء النظام المقترح في ظل ظروف العالم الحقيقي. هذا من شأنه أن يسمح للعلماء برؤية ما ستحتاجه مصانع تحلية المياه هذه إذا أرادوا العمل على مدار سنوات عديدة.
نحتاج أيضًا إلى اختبار جميع المكونات التي تشكل هذا النظام لمعرفة ما إذا كانت متينة وموثوقة وفعالة من حيث التكلفة.
اقرأ المزيد: أين يمكن العثور على المزيد من الماء: ثمانية موارد غير تقليدية للاستفادة
عادةً ما تلعب صندوق مصر العلوم والتنمية التكنولوجية وغيرها من منظمات التمويل الوطني دورًا رائدًا في تمويل هذه المشاريع المبتكرة. تعد الشراكات بين الجامعات والشركات الهندسية والسلطات المحلية أمرًا بالغ الأهمية لبناء الخبرة الفنية والبنية التحتية.
يجب عقد حملات التوعية العامة ، للحصول على الدعم المجتمعي لهذه المشاريع وسماع مخاوف المجتمع. ستجذب الدعاية أيضًا استثمارات خاصة من خلال إظهار الفوائد البيئية والاقتصادية لتحلية المياه التي تعمل بالرياح.
من خلال الاستفادة من موارد الرياح الوفيرة والساحل ، يمكن لمصر رائدة الجيل الجديد من البنية التحتية للمياه المنخفضة الكربون. يمكن أن تكون أنظمة التناضح العكسية التي تعمل بالرياح بمثابة نموذج لدول أخرى للركر في المنطقة وما بعدها.
(البروفيسور ماجوزي رئيس مجلس أكاديمية العلوم في جنوب إفريقيا في S20 – مجموعة المشاركة الرسمية في مجموعة العشرين التي تعزز الحوار القائم على العلم ويقدم المشورة السياسية).
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة ، وهي مؤسسة إخبارية مستقلة غير ربحية تجلب لك الحقائق والتحليلات الجديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتبه: Thokozani Majozi ، جامعة ويتواتردراند
اقرأ المزيد:
يتلقى Thokozani Majozi تمويلًا من المؤسسة الوطنية للأبحاث (NRF) ومعهد جنوب إفريقيا لتنمية الطاقة الوطنية (SANEDI).