חוסר מים היא אחת הבעיות הגדולות מולן עומד העולם כיום. מים מתוקים, משאב קריטי אך מוגבל, מקיימים רק כ-3% מכמות המים על כדור הארץ, וכשני שלישים מאותם 3 אחוזים לכודים בתוך כיפות קרח וקרחונים, ועוד חמישית ממוקמת באזורים מרוחקים אליהם לא ניתן להגיע בצורה נוחה.
בסך הכול, מתוך כלל המים המתוקים הזמינים על כדור הארץ, רק 0.08 אחוז זמינים לשימוש. ולאותם 0.08 אחוז ישנם מיליארד צרכנים המשתמשים בהם לרחצה ושתייה, כמו גם פעולות כלכליות במגזרי הייצור, התעשייה והחקלאות.
עם עליית הדרישה הגלובלית למים מתוקים, מקורות מים מתוקים הופכים יותר ויותר נדירים. לעומת זאת, מים מליחים הנמצאים באוקיינוסים על כדור הארץ מקיימים 97 אחוז מהמים על כדור הארץ. פיתרון אפשרי אחד למחסור במים מתוקים טבעיים יהיה ליצור אספקה של מים מתוקים הנוצרים מתהליכי התפלה של מי ים או מים מליחים.
עמידה בדרישה עם מקורות חדשים של מים מתוקים
התפלת מים היא הסרתם של מלחים ומינרלים ממי ים ומים מליחים. תהליך זה יכול להפוך מים מלוחים למים המתאימים לצריכה אנושית, כמו גם לפעולות כגון השקיה. יחד עם מחזור מי שופכין, התפלה נחשבת אחד ממקורות המים המהימנים ביותר שאינם תלויים בגשם.
לפי דו"ח של הסוכנות לאנרגיה מתחדשת שפורסם במרץ 2012, כמות המים המותפלים בעולם מדי יום עומדת על כ-65.2 מיליון מטר קוב או 24 מיליארד מטר קוב לשנה. המזרח התיכון ואזור צפון אפריקה (MENA) אחראיים לכ-38 אחוז מכמות המים המותפלים העולמית.
בעוד התפלה יכולה להוות דרך להגדיל את אספקת המים העולמית, היא גם מהווה נטל משמעותי על אספקת האנרגיה שלו. התפלה דורשת כמות אנרגיה גדולה, מה שהופך את תהליך ההתפלה ליקר.
הבעיה עם דרישות אנרגיה גבוהות
אופציות טכנולוגיות ההתפלה המשמעותיות מתבססות על תהליך חימום שמשתמש בחום ובחשמל וכן בטכנולוגיות ממברנה שצורכות חשמל. אוסמוזה הפוכה (RO) היא הטכנולוגיה השלטת, והיא מתחזקת כ-60 אחוז מהתפוקה העולמית, כשבמקום השני נמצאת טכנולוגיית Multi Stage Flash (MSF) שחלקה עומד על 26.8 אחוז.
שימוש ב-RO במימדים גדולים צורכת כ-3.5-5.0 קילוואט שעה של חשמל עבור כל מטר קוב של מים. MSF מצידה צורכת כ-80.6 kWh של אנרגיית חימום וכ-2.5-3.5 kWh של אנרגיית חימום. ההערכה היא שהתפוקה השנתית של מים מותפלים צורכת שימוש של כ-75.2 טראוואט שעה לשנה.
בימים אלה, האיגוד הבינלאומי להתפלה מדווח שישנם כ-15,000 מפעלי התפלה מרחבי העולם, עם תפוקה גלובלית של 71.7 מיליון מטר קוב ליום. במהלך השנים, אזור MENA הוביל את פריסת מתקני ההתפלה עם כ- 2,800ממתקני ההתפלה בעולם, המייצרים 27 מיליון מטר קוב של מים מתוקים ליום.
לפי IRENA, הדרישה העולמית להתפלת מים צפויה לגדול ב-9 אחוז לשנה בין 2010 ל-2016, בעקבות הדרישה הצומחת למים ומקורות המים המתוקים המתכלים. באזור MENA לבדו, הדרישה למים צפויה לגדול מ-9 מיליארד מטר קוב ב-2010 לעד 13.3 מיליארד מטר קוב ב-2030.
בעקבות הגדילה בדרישה, תפוקת המים המותפלים באזור MENA צפויה לגדול מ-21 מיליון מטר קוב ליום ב-2007 עד 110 מיליון מטר קוב ליום עד 2030. צמיחה זו תוליד גם עלייה בצריכת האנרגיה במגזר זה ובמדינות המעורבות. דרישות החשמל לאזור MENA צפויות לעלות לכ-122 TWh עד 2030.
רמות קרינה סולארית גבוהות לאספקת הדרישה לחשמל
דרך אחת לפתור את בעיית הדרישה הגוברת לחשמל עבור התפלת מים, ללא עלייה בדרישה לאנרגיה תהיה להשתמש באנרגיה מתחדשת בהתפלת מים. אנרגיה סולארית הינה אטרקטיבית במיוחד לאזורים כמו MENA, משום שרמות קרינה גבוהות מבטיחות שמקור אנרגיה זה יהיה זמין בשפע.
הרעיון של התפלה סולארית אינו חדש. מזקקות סולאריות פשוטים נמצאים בשימוש באזורים מדבריים או אזורי חוף מרוחקים מאז שנות ה-50. העיקרון הבסיסי של לוחות אלה הוא שהשמש מחממת את המים עד לנקודת האידוי. לאחר שהמים מתאדים, האדים מתעבים על משטח הזכוכית שם ניתן לאסוף אותם. התהליך מרחיק גורמים כגון מלחים ומתכות כבדות, ואפילו מנטרל אורגניזמים מיקרוביולוגיים. המים שנאספו יהיו נקיים וטהורים כמי גשם.
העיקרון מאחורי מזקקות סולאריות הוא בעיקרון מה שעומד מאחורי טכנולוגיות התפלה תרמית. התפלה תרמית מחממת מי מלח עד שהם מתאדים ואדי המים מתעבים ונאספים. תהליך ה-MSF הוא למעשה טכנולוגיית התפלה תרמית.
RO היא דוגמא לטכנולוגיית התפלה באמצעות ממברנה, שמשתמשת בממברנות להפרדה בין מים מתוקים ומי מלח.
גם טכנולוגיות ההתפלה התרמית וגם טכנולוגיית ממברנה יכולות להרוויח על ידי שילוב אנרגיה סולארית לתוך פעולתן.
לפרויקטי התפלה תרמית, ניתן לאגור ולהשתמש בחום סולארי בתהליך האידוי. חיבור פרויקט התפלה תרמית לתחנת כוח סולארית ריכוזית (CSP) היא אפשרות אטרקטיבית במיוחד.
תחנות CSP אוגרות קרינה סולארית ומספקות חום בטמפרטורה גבוהה ליצירת חשמל. הן יכולות גם לספק אנרגיה וחום לתהליך ההתפלה.
אזורים מדבריים, בהם יש קרינה סולארית ישירה רבה, יכולים ליהנות במיוחד מיתרונות של CSP, טכנולוגיה רב תכליתית ומבטיחה. CSP יכולות לספק מקור נקי ואמין לחשמל, חימום והתפלת מים.
לטכנולוגיות התפלה באמצעות ממברנה כגון RO, טכנולוגיות פוטו-וולטאיות יכולות להיות דרך יותר אטרקטיבית לרתימת אנרגיה סולארית. טכנולוגיות אלה זקוקות לחשמל כאנרגיה קליטה וצירוף מערכת P.V. לפרויקט התפלת מים יכול לספק לפרויקט את כל החשמל שהוא צריך.
מתן מענה לצרכי המים של אזורים יבשים וצחיחים
בגלל האקלים היבש והצחיח שלו, לאזור MENA יש צורך נואש בטכנולוגיות להתפלת מים.האזור מאכלס כבר עכשיו רבים מפרויקטי ההתפלה החשובים בעולם, ואנו צפויים לראות נוספים בעתיד.
כשזה מגיע לבעיית צרכי האנרגיה של פרויקטים להתפלת מים, אזור MENA נמצא בנקודת יתרון ברורה- זו של רמת הקרינה הסולארית הגבוהה שלו. דרישות האנרגיה לצרכי ההתפלה של האזור יכולות להיענות במלואן בעזרת אנרגיה סולארית.
איחוד האמירויות הערביות הינו חלוץ כשזה מגיע להתפלה סולארית.
איחוד האמירויות מסתמך על התפלה ליותר מ-90 אחוז ממי השתייה שלו, ומייצר מעל 2,700 מיליון ליטרים של מים מותפלים מאז 2011. לרוע המזל, מתקנים אלה מונעים מרובם על ידי גז טבעי והם אחראיים לכמעט שליש מפליטת גזי החממה של האיחוד.
מתוך הבנה שיש למצוא מקורות אנרגיה מתחדשים וידידותיים לסביבה על מנת לייצר מים, הסוכנות להגנת הסביבה של אבו דאבי חוקרת את היתכנות ההתפלה הסולארית.
ב-2009,ה-EAD השיקה שני פרויקטי פיילוט שמשתמשים באנרגיה סולארית להתפלת מים מליחים ומי תהום מלוחים עם תוצאות מבטיחות. הדבר הוביל לבניית 22 מתקני התפלה סולאריים שבנייתם הושלמה בינואר 2012.
המערכות משתמשת בפאנלים פוטו-וולטאיים לאספקת חשמל למשאבות שמביאות מי תהום מלוחים לפני השטח, שם הם מועברים דרך תהליך RO על מנת להסיר את המלח וחומרים אחרים.
בשלב זה,22 מתקני ההתפלה מסוגלים לייצר כ- 6,600 גלונים ליום.
בינתיים, חברת האנרגיה הנקייה MASDAR הכריזה בתחילת השנה שהיא מוכנה לבניית מתקן ההתפלה גדול המימדים הראשון של איחוד האמירויות, המופעל על ידי אנרגיה מתחדשת עד 2020. בעוד החברה פתוחה גם לסוגים אחרים של אנרגיה מתחדשת צופים כי האנרגיה הסולארית תהווה חלוץ.
