تنقية المياه باستخدام الطاقة الشمسية

نظرة عامة حول الماء

الماء هو مركب كيميائي أساسي للحياة، يتكون من ذرتي هيدروجين وذرة أكسجين (H2O). يتميز بأنه عديم اللون والطعم والرائحة في حالته النقية. يغطي الماء حوالي 71% من سطح الأرض، مما يجعله أحد أكثر الموارد الطبيعية وفرة. يعتبر الماء ضروريًا لاستمرار الحياة على كوكبنا، حيث يدخل في تركيب أجسام الكائنات الحية بنسب متفاوتة، فهو يشكل حوالي 70% من جسم الإنسان البالغ.

على الرغم من تركيبه البسيط، يتمتع الماء بخصائص فريدة تجعله مذيبًا ممتازًا وقادرًا على تنظيم درجات الحرارة. قال تعالى: ﴿وَجَعَلْنَا مِنَ الْمَاءِ كُلَّ شَيْءٍ حَيٍّ أَفَلَا يُؤْمِنُونَ﴾ [الأنبياء: 30].

كيف تتم عملية تنقية المياه؟

تحتوي المياه الطبيعية على أملاح معدنية متنوعة مثل الكلوريدات والكبريتات والكربونات، والتي تشمل أيونات الصوديوم والكالسيوم والمغنيسيوم. هذه الأملاح تجعل المياه غير صالحة للشرب والاستخدامات المنزلية والصناعية. لذا، تلجأ العديد من الدول، خاصة تلك التي تعاني من شح المياه، إلى تحلية مياه البحار والمحيطات. تواجه المجتمعات تحديات متزايدة لتلبية الطلب على المياه النظيفة، خاصة مع تزايد عدد السكان وتأثيرات التغير المناخي.

عملية تحلية المياه تهدف إلى إزالة الأملاح الزائدة من المياه المالحة لتحويلها إلى مياه صالحة للشرب والاستخدامات الأخرى. يمكن أيضًا تخفيف ملوحة المياه لاستخدامها في ري المحاصيل الزراعية أو في العمليات الصناعية المختلفة.

معايير اختيار طرق تنقية المياه

تتنوع الطرق والأساليب المستخدمة في تحلية المياه، ويعتمد اختيار الطريقة الأنسب على عدة عوامل مهمة:

• الظروف الجغرافية للموقع: يجب مراعاة الموقع الجغرافي للمنطقة المراد تحلية المياه فيها، سواء كانت منطقة ساحلية أو داخلية.
• تحليل المياه المتاحة: يجب تحليل مصادر المياه المتاحة، سواء كانت مياه بحار، أو بحيرات، أو آبار، لتحديد نسبة الأملاح والمعادن الموجودة فيها.
• دراسة الأنشطة السكانية والتنموية: يجب دراسة الأنشطة السكانية والتنموية المحيطة بالمنطقة لتحديد حجم الطلب على المياه المحلاة.
• تقدير الاستهلاك الحالي والمستقبلي: يجب معرفة نمط الاستهلاك الحالي للمياه، وتقدير حجم الاستهلاك المتوقع خلال السنوات القادمة.
• تحليل مصادر المياه المالحة: يجب تحديد مصادر المياه المالحة، وتقييم مدى ثبات التركيب الكيميائي والطبيعي لها.
• تحديد مصادر الطاقة المتاحة: يجب تحديد مصادر الطاقة التقليدية والبديلة المتاحة في المنطقة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح.

تطبيق الطاقة الشمسية في تنقية المياه

تعتبر عملية تحلية المياه بالطاقة الشمسية طريقة مبتكرة لتحويل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب، وذلك عن طريق استغلال الطاقة الشمسية لتحويل الماء إلى بخار، ثم تكثيفه للحصول على الماء النقي. تشبه هذه العملية دورة المياه الطبيعية، حيث يتم تسخين المياه المالحة بواسطة الشمس، مما يؤدي إلى تبخرها وتكثفها لتشكيل الأمطار. يمكن استخدام جهاز بسيط وغير مكلف يسمى “جهاز التحلية المنزلي”، والذي يتكون من حوض أسود يمتص حرارة الشمس وغطاء زجاجي أو بلاستيكي شفاف يسمح بمرور أشعة الشمس. عندما ترتفع درجة حرارة الماء المالح، فإنه يتبخر ويتجمع على الغطاء العلوي، ثم يتسرب إلى حوض تجميع منفصل، بينما تتبقى الأملاح في القاع.

تعتمد كمية المياه المنتجة على المساحة السطحية للجهاز، فكلما زادت المساحة، زادت كمية المياه المنتجة. بالمعدل، ينتج جهاز التحلية الشمسي حوالي 2-3 لترات من المياه العذبة لكل متر مربع من مساحة السطح. يمكن تحسين كفاءة هذه العملية عن طريق دمجها مع تقنيات أخرى مثل التقطير متعدد المراحل (MSF) أو التناضح العكسي (RO)، وذلك باستخدام ألواح الطاقة الشمسية لتوفير الطاقة اللازمة.

تعتبر الطاقة الشمسية مصدرًا متجددًا ونظيفًا للطاقة، ويمكن أن تساعد في تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري وتقليل تكاليف تشغيل محطات التحلية. قال رسول الله صلى الله عليه وسلم: “لا تزول قدما ابن آدم يوم القيامة من عند ربه حتى يسأل عن خمس: عن عمره فيما أفناه، وعن شبابه فيما أبلاه، وعن ماله من أين اكتسبه وفيما أنفقه، وماذا عمل فيما علم”.

استخدام جزيئات النانو لتطوير تنقية المياه بالطاقة الشمسية

قام فريق من الباحثين بتطوير نظام لتحلية المياه يعتمد على استخدام الطاقة الشمسية وجزيئات النانو. يعتمد هذا النظام على فصل مجرى الماء البارد والساخن بغشاء رقيق، حيث يتم سحب بخار الماء عبر هذا الغشاء من الجانب الساخن إلى الجانب البارد، مما يؤدي إلى تصفية جزيئات الملح المذابة فيه. تم تحسين هذا النظام بإضافة المزيد من الأغشية وجزيئات نانو الكربون الأسود، التي تحول طاقة ضوء الشمس إلى حرارة، مما يقلل الحاجة إلى مصادر خارجية لتسخين المياه.

تستهلك هذه العملية كمية قليلة من الطاقة، حيث أن الماء يحتاج إلى أن يكون ساخنًا فقط وليس مغليًا. يعتمد النظام بشكل أساسي على ألواح الطاقة الشمسية، وقد يحتاج أيضًا إلى مضخة لدفع الماء خلال العملية. تمكن الباحثون من زيادة كفاءة النظام عن طريق تركيز أشعة الشمس باستخدام عدسة، مما أدى إلى زيادة إنتاج الماء بشكل ملحوظ.

المراجع

• د. أشرف البارودي، دائرة العطش: الخطر القادم، صفحة 31.
• أ. بعصام الدين خليل حسن، إعذاب المياه (الطبعة الأولى)، القاهرة- جمهورية مصر العربية: المكتبة الأكاديمية، صفحة 20.
• IslamKotob، موسوعة الشروق، القاهرة: دار الشروق، صفحة 79.
• Solar-powered desalination unit, www.britannica.com
• دعاء زكريا، تنمية الموارد المائية فى الوطن العربى (الطبعة الأولى)، القاهرة: الدار الثقافية للنشر، صفحة 86-87.
• باحثون يتمكنون من تحلية مياه البحر بقوة الشمس، www.aljazeera.net