يُعتبر نقص المياه بمثابة احدى المشاكل التي يواجهها العالم في يومنا هذا. المياه الحلوة, هي عبارة عن مورد مصيري لكنه محدود, وتشكل ما نسبته حوالي 3% من إجمالي كمية المياه المتوفرة في الكرة الأرضية, وحوالي ثُلثي نسبة ال-3% هذه موجودة في الجبال الجليدية, وخُمس الكمية موجودٌ في مناطق بعيدة لا يُمكن الوصول اليها بصورة مريحة.
بشكلٍ إجمالي, من كافة المياه الحلوة المتوفرة على سطح الكرة الأرضية, فقط 0.08% منها متوفرة للاستخدام. ولهذه النسبة هُناك مليار مستهلك يقومون باستهلاك هذه المياه للاغتسال والشرب, إضافةً الى النشاطات الاقتصادية في مجال الانتاج, الصناعة والزراعة.
مع ازدياد الطلب العالمي للمياه الحلوة, أصبحت مصادر المياه الحلوة نادرة أكثر وأكثر. مقابل ذلك, توجد المياه الحلوة في المحيطات وتشكل ما نسبته 97% من إجمالي المياه الموجودة على سطح الكرة الأرضية. أحد الحلول المُمكنة لهذا النقص في المياه الطبيعية يكون من خلال تزويد المياه الحلوة الناتجة عن تحلية مياه البحر أو المياه المالحة.
الامتثال لمصادر جديدة للمياه العذبة
تتم عملية تحلية المياه بواسطة إزالة الأملاح والمعادن من مياه البحر والمياه المالحة. قد تؤدي هذه العملية الى تحويل المياه المالحة الى مياه مناسبة للاستهلاك البشري, إضافةً الى إجراءات مثل الري. إضافةً الى إعادة تدوير مياه الصرف الصحي, تُعتبر التحلية بمثابة احدى مصادر المياه الغير مرتبطة بمياه الأمطار.
وفقاً لتقرير وكالة الطاقة المتجددة والذي تم نشره في شهر آذار من العام 2012, تصل كمية المياه المُحلاة يومياً في العالم الى حوالي 65.2 مليون متر مكعب أي ما يقارب 24 مليار متر مكعب سنوياً. تعتبر منطقة الشرق الأوسط ومنطقة شمالي أفريقيا (MENA) مسؤولة عن ما نسبته حوالي 38% من كمية المياه المُحلاة في العالم.
إضافةً الى كون عملية التحلية بمثابة إحدى الطرق لتزويد المياه, فهي تعتبر أيضاً بمثابة ثقل كبير على تزويد الطاقة الخاصة بهذه العملية. تتطلب التحلية الحصول على كمية كبيرة من الطاقة, الأمر الذي يؤدي الى اعتبار عملية التحلية غالية الثمن.
مشكلة مع متطلبات الطاقة المرتفعة
يعتمد خيار تقنيات التحلية ذات الأهمية على إجراء التسخين والذي يتطلب الحرارة والكهرباء إضافةً الى تكنولوجيا الأغشية التي تستهلك الكهرباء. تعتبر عملية التناضح العكسي (RO) بمثابة التكنولوجيا السائدة, وهي تسيطر على ما نسبته 60% من الإنتاج العالمي, حيث توجد تكنولوجية MSF (Multi Stage Flash) في المكان الثاني وتصل نسبتها الى 26.8%.
استخدام RO بنسب كبيرة يستهلك حوالي 3.5-5.0 كيلوات ساعة من الكهرباء لتحلية كل متر مكعب واحد من المياه. أما MSF من جانبها فتستهلك حوالي 80.6 kWh من طاقة التسخين وحوالي 2.5-3.5 kWh من طاقة التسخين. التقدير السنوي ينص على أن الاستهلاك السنوي للمياه المحلية يتطلب حوالي 75.2 تيرا وات ساعة في كل عام.
صرحت المنظمة الدولية لتحلية المياه أنه يوجد اليوم ما يقارب من 15,000 مصنع تحلية للمياه في كافة أرجاء العالم, مع إنتاج سنوي يصل الى 71.7 مليون متر مكعب يومياً. خلال السنوات, كانت منطقة MENA رائدة في مجال انتشار مرافق تحلية المياه مع حوالي 2800 منشأة لتحلية المياه في العالم, والتي تقوم بإنتاج 27 مليون متر مكعب من المياه المُحلاة يومياً.
ووفقاً ل- IRENA, الطلب العالمي لتحلية المياه من المتوقع أن يزداد بنسبة 9% في العام, بين الأعوام 2010 الى 2016, على ضوء الطلب الآخذ بالازدياد للمياه ومصادر الطاقة المُحلاة المتآكلة. في منطقة MENA من المتوقع أن يزداد الطلب على المياه من 9 مليار متر مكعب في العام 2010 الى 13.3 مليار متر مكعب في العام 2030.
على ضوء ازدياد الطلب, من المتوقع أن تزداد كمية المياه المُحلاة في منطقة MENA من 21 مليون متر مكعب يومياً في العام 2007 حتى 110 مليون متر مكعب يومياً في العام 2030. هذا النمو سوف يؤدي الى ارتفاع استهلاك الطاقة في هذا القطاع وفي الدول المشاركة. هذا ومن المتوقع ان يزداد استهلاك الكهرباء في منطقة MENA الى حوالي 122 TWh في العام 2030.
مستويات مرتفعة من الإشعاع الشمسي لتزويد متطلبات الكهرباء
احدى الطرق لحل مشكلة الطلب الآخذ بالارتفاع للكهرباء الخاصة بتحلية المياه, بدون ارتفاع الطلب للطاقة والتي سوف تستخدم الطاقة المتجددة في عملية تحلية المياه. تعتبر الطاقة الشمسية بمثابة طاقة جذابة خاصةً للمناطق مثل MENA, لأن مستويات الإشعاعات الشمسية المرتفعة يضمن أن يكون مصدر الطاقة متوفر بكثرة.
فكرة تحلية المياه بواسطة الطاقة الشمسية هي ليست فكرة جديدة. ادوات التقطير البسيطة العاملة بواسطة الطاقة الشمسية موجودة في المناطق الصحراوية أو في المناطق الشاطئية البعيدة منذ سنوات الخمسينيات. تكمن الفكرة البسيطة لهذه الألواح في قيام الشمس بتسخين المياه حتى درجة التبخر. بعد تبخر المياه, تتكثف الأبخرة على المسطح الزجاجي حيث يُمكن تجميعها هُناك. تقوم هذه العملية بفصل العديد من العناصر مثل الأملاح والمعادن الثقيلة, حتى أنها تقوم بفصل الكائنات الميكروبيولوجية. المياه التي يتم تجميعها تكون نقية ونظيفة مثل مياه الأمطار.
الفكرة من وراء أدوات التقطير
