نظام لتحلية مياه البحر.. ثورة متقدمة تعزز تحلية الماء وتوفر الطاقة
تاريخ النشر: 20th, February 2024 GMT
في دراسة نشرتها دورية سيل ريبورتز فيزيكال ساينس، حقق الباحثون في كلية تاندون للهندسة بجامعة نيويورك تقدما كبيرا في تحلية مياه البحر باستخدام الأكسدة والاختزال المعروفة اختصارًا بـ" آر إف دي".
والأكسدة والاختزال تقنية كهروكيميائية ناشئة يمكنها تحويل مياه البحر إلى مياه صالحة للشرب وتخزين الطاقة المتجددة بأسعار معقولة.
وتأتي نتائج هذه الدراسة تلبية لرؤية مبادرة "إزالة الكربون من التصنيع الكيميائي باستخدام الكهرباء المستدامة"، وهي تجمع لفريق متنوع من الباحثين وخبراء الصناعة المخصصين لإزالة الكربون من الصناعة الكيميائية عن طريق الكهرباء، وذلك في سعي لتحويل العالم نحو الطاقة النظيفة.
التحلية بالأكسدة والاختزالوبحسب المعلومات الواردة في البيان، فإن تحلية مياه البحر سلسلة من العمليات الكيميائية الصناعية تُجرى لإزالة الأملاح الزائدة والمعادن من المياه، حيث يمكن تحلية مياه البحر ليصبح من الممكن استخدامها في الحياة العملية كالزراعة والشرب والصناعة.
وتتطلب عملية التحلية تقنيات تستهلك طاقة ومالا كبيرين وتُخلف آثارا ضارة في البيئة، إذ إن استهلاك الطاقة في عملية التحلية تُعد من المشاكل والعقبات الصعبة التي تحتاج إلى تذليل، وهي من الأهداف التي يجري العمل عليها في المراكز العلمية التي تبحث عن بدائل ذات استهلاك أقل للطاقة وأكثر فاعلية وصديقة للبيئة.
وتجري عملية التحلية في ثلاث مراحل أساسية قبل عملية التوزيع والضخ في الشبكة مرتبة على النحو التالي: المعالجة الأولية للمياه، عملية إزالة الأملاح للمياه، المعالجة النهائية للمياه.
وفي مرحلة إزالة الأملاح تُزال جميع الأملاح الذائبة في المياه والفيروسات والمواد الأخرى كالمواد الكيميائية والعضوية المنقولة والذائبة عن طريق استخدام الأغشية أو التقطير.
كما تُعد التقنيات الكيميائية التي تُستخدم في مرحلة إزالة الأملاح واحدة من تقنيات الأكسدة والاختزال، وهي عبارة عن جزأين من التفاعلات الكيميائية تحصل تباعا، فالأكسدة تفاعلات كيميائية يحدث فيها تغير في عدد أكسدة ذرات المواد المتفاعلة نتيجة انتقال الإلكترونات فيما بينها، حيث تفقد فيها الإلكترونات من قبل الذرات أو الجزيئات أو الأيونات والتي ينتج عنها زيادة في الشحنة الموجَبة أو نقصان في الشحنة السالبة.
أما الاختزال أو الإرجاع فهي عملية اكتساب للإلكترونات من قبل الذرات أو الجزيئات أو الأيونات ينتج عنها نقصان في الشحنة الموجبة أو زيادة في الشحنة السالبة.
وبتعريف أدق يمكن وصف عملية الأكسدة بالنسبة لعنصر ما (أو لجزيء يحوي عنصرا تُجرى عليه هذه العملية) بأنها زيادة في عدد أكسدة هذا العنصر، في حين أن الاختزال -أو الإرجاع- هو نقصان في عدد الأكسدة.
فوائد التحلية ببطارية الأكسدة والاختزالوبحسب البيان الصادر من جامعة نيويورك تاندون، قام فريق الجامعة بقيادة الدكتور أندريه تايلور أستاذ الهندسة الكيميائية والجزيئية الحيوية ورئيس مبادرة "إزالة الكربون من التصنيع الكيميائي باستخدام الكهرباء المستدامة"، بزيادة معدل إزالة الملح في نظام تحلية مياه البحر بواسطة الأكسدة والاختزال، وذلك بمقدار يقترب من 20%، مع خفض الطلب على الطاقة عن طريق تحسين معدلات تدفق السوائل.
ويعتمد مشروع نظام تحلية مياه البحر الذي اقترحته الدراسة على دمج البطاريات التي تقوم بالأكسدة والاختزال مع عمليات تحلية المياه، كما يستفيد من القدرة الكامنة في بطاريات تدفق الأكسدة والاختزال على تخزين الطاقة الزائدة خلال فترات الوفرة وتفريغها أثناء ذروة الطلب، والتي تتماشى بسلاسة مع متطلبات الطاقة المتقلبة أثناء عمليات تحلية المياه.
وبينت الدراسة أن لعملية الأكسدة والاختزال أهمية وفوائد كبيرة في إيجاد حل جديد تماما لأزمة المياه العالمية، حيث إنها توفر نهجا مرنا وقابلا للتطوير لتخزين الطاقة، مما يتيح الاستخدام الفعال لمصادر الطاقة المتجددة المتقطعة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، كما يمكن أن يقلل الاعتماد على شبكات الطاقة التقليدية، ويعزز أيضا التحول نحو عملية تحلية مياه محايدة للكربون وصديقة للبيئة.
وعن غاية الدراسة يقول تايلور: "من خلال الدمج السلس لتخزين الطاقة وتحلية المياه، تتمثل رؤيتنا في إيجاد حل مستدام وفعال لا يلبي الطلب المتزايد على المياه العذبة فحسب، بل يدعم أيضا الحفاظ على البيئة وتكامل الطاقة المتجددة، كما يمكن للأكسدة والاختزال أن يقلل الاعتماد على شبكات الطاقة التقليدية ويعزز أيضا التحول نحو عملية تحلية مياه محايدة للكربون وصديقة للبيئة".
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: تحلیة میاه البحر إزالة الأملاح عملیة التحلیة تحلیة المیاه فی الشحنة التی ت
إقرأ أيضاً:
أكبر 10 دول تعزز قدرة تصدير الغاز المسال.. دولتان عربيتان بالقائمة
مقالات مشابهة هواوي تخطط للإعلان عن سلسلة Huawei Mate 70 في حدث يعقد في نوفمبر
41 دقيقة مضت
صادرات أميركا من الإيثان ومشتقاته ترتفع 135%.. والصين أكبر المستوردينساعة واحدة مضت
شاومي تستعد لإطلاق سوارة Smart Band 9 Active الذكية للأسواق العالميةساعة واحدة مضت
إنيرسول الإماراتية تستحوذ على 95% من شركة أميركية لخدمات الطاقةساعتين مضت
صور مسربة لحافظات سلسلة هواتف Galaxy S25 القادمة من سامسونج3 ساعات مضت
استكمال مشروع تخزين الغاز في حقل مويعيد الإماراتي3 ساعات مضت
اقرأ في هذا المقال
الولايات المتحدة وروسيا في صدارة الدول المطورة لقدرات تصدير الغاز المسال.أصبحت المكسيك مصدرًا محتملًا للغاز المسال بفضل تطوير قدرات التصدير.تطوير حقل الشمال القطري يعزز مكانة قطر بين الدول المصدرة للغاز المسال.تعزيز قدرات تصدير الغاز المسال في موزمبيق وموريتانيا.بدأ العديد من الدول الاستثمار بقوة في البنية الأساسية اللازمة لتعزيز قدرة تصدير الغاز المسال لتلبية احتياجات الطاقة العالمية، مع النظر إليه على أن وقود المستقبل في مسار موازٍ مع تطوير المصادر المتجددة.
وتقود الولايات المتحدة طفرة سوق الغاز المسال، وتتبعها روسيا والمكسيك وقطر؛ حيث تتطلع هذه البلدان للاستفادة من موارد الغاز الطبيعي الهائلة من خلال تنفيذ مشروعات جديدة بقدرات ضخمة.
كما تحقق دول أخرى، مثل كندا وموزمبيق ونيجيريا، خطوات مهمة في تطوير قدرة تصدير الغاز المسال، لتعزيز مكانتها في تجارة الطاقة العالمية واقتصاداتها.
وترصد وحدة أبحاث الطاقة (مقرّها واشنطن) في السطور التالية أرقامًا عن أكبر 10 دول تعزز قدرة تصدير الغاز المسال، سواء قيد الإنشاء أو مقترحة.
1- الولايات المتحدةتقود الولايات المتحدة سباق تطوير قدرة تصدير الغاز المسال، ولديها كميات كبيرة من القدرات قيد الإنشاء والمقترحة، تتجاوز 350 مليون طن سنويًا.
واكتسبت سوق الغاز المسال في الولايات المتحدة زخمًا منذ عام 2022؛ حيث أدى الوقود الأميركي دورًا مهمًا في أزمة الطاقة بأوروبا.
لذا، تسارع الشركات الأميركية للاستفادة من الطلب الأوروبي من خلال تطوير العديد من مشروعات الغاز المسال، ومنذ بداية عام 2022، اتخذت 5 مشروعات أميركية -تمثل 66 مليون طن سنويًا- قرار الاستثمار النهائي، وهذا التوسع الأميركي سيشكل سوق الغاز العالمية.
وأبرز المشروعات، محطة ريو غراندي للغاز المسال، بقدرة إجمالية تبلغ 28.4 مليون طن سنويًا، منها 17.6 مليون طن سنويًا قيد الإنشاء، ومقترح إضافة 10.8 مليون طن سنويًا في المستقبل، وفق ما رصدته وحدة أبحاث الطاقة.
ومن بين المشروعات المقترحة الأخرى في الولايات المتحدة، محطة دريفتوود للغاز المسال، الواقعة في ولاية لويزيانا، وتقدر السعة الإجمالية للمشروع 27.6 مليون طن سنويًا، بالإضافة إلى محطة بورت آرثر للغاز المسال الواقعة بولاية تكساس، بسعة إجمالية تبلغ 27 مليون طن سنويًا.
واصلت أميركا صدارتها قائمة أكبر الدول المصدرة للغاز المسال في العالم خلال الربع الثالث من 2024، بحجم 21.11 مليون طن، كما يرصد الرسم التالي من تقرير مستجدات أسواق الغاز المسال العربية والعالمية الصادر عن وحدة أبحاث الطاقة:
2- روسياتبرز روسيا بصفتها لاعبًا رئيسًا في سباق توسيع قدرة تصدير الغاز المسال، مع تجاوز المشروعات قيد الإنشاء والمقترحة 268 مليون طن سنويًا.
ففي مارس/آذار 2021، أصدرت الحكومة الروسية برنامجًا طويل الأجل لزيادة صادرات الغاز المسال، مع إدراج العديد من المشروعات المقترحة.
وعقب ذلك، وقّع الرئيس الروسي فلاديمير بوتين، قانونًا في أكتوبر/تشرين الأول 2023، يسمح بتصدير الغاز المسال من مناطق معينة في القطب الشمالي، وتستهدف هذه التسهيلات شركتين أعلنتا نيتهما التوسع في سوق الغاز المسال العالمية، وهما شركة روسنفط المملوكة للدولة وشركة نوفاتيك المملوكة للقطاع الخاص.
وتأتي في مقدمة المحطات المقترحة في روسيا، محطة تايمير للغاز المسال بسعة إجمالية تصل إلى 50 مليون طن سنويًا، إلى جانب محطة كارا للغاز المسال بقدرة إنتاجية تبلغ 30 مليون طن سنويًا.
وبلغت صادرات روسيا من الغاز المسال نحو 32.87 مليون طن في عام 2022، ثم تراجعت إلى 32.32 مليون طن في عام 2023، بحسب بيانات سنوية لدى وحدة أبحاث الطاقة.
وخلال الأشهر الـ9 الأولى المنتهية في سبتمبر/أيلول (2024)، بلغت صادرات الغاز المسال الروسي 24.4 مليون طن، كما يرصد الرسم البياني أدناه:
3- المكسيكحاليًا، تنصب الأنظار على المكسيك بوصفها من بين أكبر الدول المطورة لقدرة تصدير الغاز المسال، بما يتجاوز 73 مليون طن سنويًا، وتشمل مشروعات قيد الإنشاء ومقترحة.
ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى البنية التحتية المتصلة بحوض برميان الأميركي؛ إذ يُنقل الفائض من الغاز الأميركي إلى المكسيك لتوليد الكهرباء المحلية وتسييله للتصدير.
وفي ظل تنامي الطلب على الغاز في المكسيك، باتت البلاد تعتمد على الغاز الأميركي، وأدت وفرته إلى تطوير مرافق تصدير الغاز المسال على طول ساحل سونورا.
وبسبب موقعها الإستراتيجي بالقرب من الأسواق الآسيوية، أصبحت المكسيك مصدرًا محتملًا للغاز المسال إلى الأسواق العالمية؛ حيث تمتلك ثالث أكبر خطط لتعزيز قدرة تصدير المسال في العالم.
وتضم المشروعات الجديدة محطة ساجوارو إنرجيا للغاز المسال بسعة إجمالية تتراوح بين 15 و30 مليون طن سنويًا، وفق ما رصدته وحدة أبحاث الطاقة.
في الوقت نفسه، ثمة مشروعات لتصدير الغاز المسال أصغر حجمًا قيد الإنشاء؛ حيث بدأت أول محطة “نيو فورتريس ألتاميرا” العائمة عملياتها من الوحدة الأولى في أغسطس/آب 2024 بسعة 1.4 مليون طن سنويًا، ومن المقرر تشغيل الوحدة الثانية في الربع الأول من عام 2026.
4- قطرمع تجاوز إجمالي قدرات تصدير الغاز المسال في قطر 65 مليون طن سنويًا، تحقق البلاد خطوات ملموسة لتوسيع بنيتها التحتية.
ويمثل مشروع حقل الشمال القطري أكبر مشروع للغاز المسال في العالم بسعة إجمالية 65 مليون طن سنويًا؛ منها 49 مليون طن قيد الإنشاء، ونحو 16 مليون طن مقترحة.
وخلال عام 2022، بلغت صادرات الغاز المسال القطري 80.1 مليون طن، وشهدت تراجعًا خلال عام 2023 لتصل إلى 79.9 مليون طن، في حين بلغت 60.06 مليون طن في أول 9 أشهر من 2024، وفق بيانات وحدة أبحاث الطاقة.
وبحسب تقرير “مستجدات أسواق الغاز المسال العربية والعالمية” الذي تُصدره وحدة أبحاث الطاقة، أصبحت قطر ثاني أكبر مصدّر للغاز المسال عالميًا في الربع الثالث من 2024؛ حيث بلغت صادراتها 20.83 مليون طن، بعد الولايات المتحدة، كما يرصد الرسم التالي:
5- كنداتنضم كندا إلى أبرز الدول المطورة لقدرة تصدير الغاز المسال، بفضل مشروعات ضخمة قيد الإنشاء ومقترحة، تقترب من 53 مليون طن سنويًا.
وتبرز محطة كندا للغاز المسال أول محطة لتصدير الغاز المسال في البلاد بقدرة إجمالية مخطط لها تبلغ 28 مليون طن سنويًا.
وثمة 7 مشروعات لتصدير الغاز المسال في كندا في مراحل مختلفة من التطوير، وهو ما يمثل استثمارًا محتملًا قدره 109 مليارات دولار.
6- موزمبيقرغم أن موزمبيق لاعبًا صغيرًا مقارنة بالدول الرائدة المصدرة؛ فإنها تخطو بجدية صوب تعزيز قدرة تصدير الغاز المسال من خلال مشروعات مقترحة تزيد على 44 مليون طن سنويًا.
فقد وضعت البلاد آمالًا عريضة على احتياطيات الغاز الهائلة -الأكبر في منطقة أفريقيا جنوب الصحراء الكبرى- المكتشفة في مقاطعة كابو ديلجادو الشمالية في عام 2010.
واستطاعت البلاد جذب شركات الطاقة العالمية؛ في مقدمتها توتال إنرجي الفرنسية وإيني الإيطالية وإكسون موبيل الأميركية وأدنوك الإماراتية.
مشروع كورال سول – الصورة من موقع شركة بي بي البريطانيةوباتت الدولة الأفريقية منتجًا ومصدرًا للغاز المسال في عام 2022 مع إطلاق شركة إيني أول مشروع للغاز المسال في البلاد “كورال سول”، والذي يبلغ إنتاجه 3.4 مليون طن سنويًا.
7- نيجيريافضلًا عن كونها أحد أكبر منتجي النفط في أفريقيا، تعمل نيجيريا -حاليًا- على توسيع قدرة تصدير الغاز المسال لتعزيز مكانتها في السوق العالمية، بسعة مقترحة وقيد الإنشاء 38 مليون طن سنويًا.
وبدءًا من عام 2022، أصبحت نيجيريا سادس أكبر مصدر للغاز المسال في العالم بحصة سوقية تبلغ 6%، كما أنها أكبر مصدر في أفريقيا خلال الأشهر الـ9 الأولى من 2024، كما يرصد الرسم التالي من تقرير “مستجدات أسواق الغاز المسال العربية والعالمية في الربع الثالث 2024” الصادر عن وحدة أبحاث الطاقة:
وحاليًا، توجد في نيجيريا 6 محطات للغاز المسال، و9 مشروعات مقترحة أخرى تهدف إلى تعزيز قدرة تصدير الغاز المسال؛ حيث يقدر إجمالي الاستثمارات المطلوبة لبناء هذه المرافق بنحو 18.5 مليار دولار.
8- الأرجنتينمع مزيج من المشروعات قيد الإنشاء والمقترحة، من المتوقع أن يبلغ إجمالي قدرة تصدير الغاز المسال في الأرجنتين نحو 37 مليون طن سنويًا.
وتتمتع البلاد بإمكانات كبيرة لتعزيز الصادرات؛ بفضل احتياطياتها الوفيرة من الغاز الصخري، وخاصة في حقل فاكا مويرتا.
وبدأت البلاد التخطيط للاستثمار في البنية التحتية اللازمة لدعم صادرات الغاز المسال، ويشمل ذلك مرافق الإسالة وتوسيع خطوط الأنابيب.
وتعول البلاد على محطة “جي إن إل” للغاز المسال لتعزيز الصادرات؛ حيث تبلغ قدراتها الإجمالية 30.2 مليون طن سنويًا.
وخلال شهر يوليو/تموز الماضي، أعلنت شركتا “غولار” و”بان أميركان إنرجي” توقيع اتفاقية مدتها 20 عامًا لتطوير محطة الغاز المسال العائمة “غولار بان أميركان” بسعة تصل إلى 2.45 مليون طن سنويًا، ومن المتوقع أن تبدأ عملياتها عام 2027.
وخلال المدة نفسها، أعلنت شركة “تي جي إس” المشغلة لخطوط أنابيب الغاز في الأرجنتين أنها تستكشف التطوير المحتمل لمحطة الغاز المسال “تي جي إس بويرتو غالفان”، وتتراوح سعتها بين 4 و5.3 مليون طن سنويًا.
9- أستراليارسّخت أستراليا نفسها بوصفها لاعبًا مهمًا في سوق الغاز المسال، وهي معروفة بقدراتها الإنتاجية القوية، حيث تعمل على تطوير مشروعات الغاز المسال المقترحة بهدف تعزيز قدراتها التصديرية.
فخلال عامي 2012 و2017، شهد قطاع الغاز المسال طفرة غير مسبوقة، وباتت البلاد أكبر مصدر للغاز المسال في العالم.
وخلال السنوات الماضية، تراجعت مكانتها في سوق الغاز المسال العالمية لصالح قطر والولايات المتحدة، لكنها استطاعت خلال عام 2023، أن تحصد المركز الثاني.
وبلغت صادرات أستراليا من الغاز المسال لعام 2023 نحو 81 مليون طن، وسجلت خلال الأشهر الـ9 المنتهية في سبتمبر/أيلول 2024 قرابة 60.73 مليون طن، وفق بيانات وحدة أبحاث الطاقة.
10- موريتانياتأتي موريتانيا في المرتبة الأخيرة ضمن قائمة أكبر الدول المطورة لقدرة تصدير الغاز المسال مع مشروعات قيد الإنشاء ومقترحة.
وينصب تركيز البلاد في قطاع الغاز المسال على مشروع تورتو أحميم الكبير، وهو مشروع يضم العديد من كبرى شركات الطاقة، بما في ذلك بي بي البريطانية وكوزموس إنرجي.
ويعتمد المشروع على حقلي غاز بحريين هما “تورتو” و”أحميم” المكتشفين في عامي 2015 و2016 على التوالي، وبدأت حفر بئر “تورتو أحميم الكبير 1” في 2019، ويقدر إجمالي احتياطيات الغاز بنحو 15 تريليون قدم مكعبة.
ومن المتوقّع أن تنتج المرحلة الأولى من المشروع 2.3 مليون طن سنويًا من الغاز المسال في المتوسط.
كما يُتوقع أن تضاعف المرحلة الثانية القدرات الإنتاجية للمشروع بنحو 5 ملايين طن سنويًا، وفور اكتمال المرحلة الثالثة يُتوقع أن يصل الإنتاج إلى 10 ملايين طن سنويًا.
موضوعات متعلقة..
اقرأ أيضًا..
إشترك في النشرة البريدية ليصلك أهم أخبار الطاقة.Source link ذات صلة
كوريا الشمالية تبلغ الأمم المتحدة أنها تسرع برنامجها للأسلحة النووية