نظام لتحلية مياه البحر .. وثورة متقدمة تُعزز تحلية الماء وتوفر الطاقة
طقس العرب - في دراسة نُشرت في دورية "سيل ريبورتز فيزيكال ساينس"، حقق باحثون في كلية تاندون للهندسة بجامعة نيويورك تقدمًا كبيرًا في تحلية مياه البحر باستخدام التكنولوجيا المعروفة باسم الأكسدة والاختزال، والتي تُعرف اختصارًا بـ"آر إف دي".
تعتبر التكنولوجيا الكهروكيميائية الناشئة للأكسدة والاختزال قادرة على تحويل مياه البحر إلى مياه صالحة للشرب وتخزين الطاقة المتجددة بتكلفة معقولة. وقام الفريق البحثي بابتكار بطارية خاصة تعتمد على هذه التقنية وتُربط بتقنيات تحلية مياه البحر، بهدف دمج عمليتي تخزين الطاقة وتحلية المياه.
تأتي نتائج هذه الدراسة تنفيذًا لرؤية مبادرة "إزالة الكربون من التصنيع الكيميائي باستخدام الكهرباء المستدامة"، وهي مبادرة تضم فريقًا متنوعًا من الباحثين وخبراء الصناعة الملتزمين بإزالة الكربون من الصناعة الكيميائية من خلال الكهرباء، وذلك بهدف تحويل العالم نحو استخدام الطاقة النظيفة.
التحلية بالأكسدة والاختزال
وفقًا للمعلومات المذكورة في البيان، فإن عملية تحلية مياه البحر تتكون من سلسلة من العمليات الكيميائية الصناعية المصممة لإزالة الأملاح الزائدة والمعادن من المياه. يتم تحلية مياه البحر لجعلها صالحة للاستخدام في مختلف الأغراض مثل الزراعة والشرب والصناعة.
تتطلب عملية التحلية تقنيات تستهلك كميات كبيرة من الطاقة وتترتب عليها تكاليف مالية عالية، كما تتسبب في آثار ضارة على البيئة. فعلى سبيل المثال، يعتبر استهلاك الطاقة في عمليات التحلية تحديًا كبيرًا يتطلب حلولًا مبتكرة. ومن هنا، يعمل الباحثون في المراكز العلمية على تطوير بدائل تكون أكثر فاعلية واستدامة وصديقة للبيئة، والتي تقلل من استهلاك الطاقة وتقلل من التأثيرات البيئية السلبية.
عملية التحلية تتم عادة في ثلاث مراحل أساسية قبل توزيع المياه في الشبكة، وهي كالتالي: المعالجة الأولية للمياه، عملية إزالة الأملاح، والمعالجة النهائية للمياه.
في مرحلة إزالة الأملاح، يتم التخلص من الأملاح الذائبة في المياه بالإضافة إلى الفيروسات والمواد الكيميائية والمواد العضوية الذائبة. يتم ذلك عادة عن طريق استخدام الأغشية الشبه نافذة أو التقطير.
تُعتبر التقنيات الكيميائية المستخدمة في مرحلة إزالة الأملاح جزءًا من عمليات الأكسدة والاختزال. هذه التقنيات تشمل سلسلة من التفاعلات الكيميائية حيث يحدث تغيير في عدد أكسدة ذرات المواد المتفاعلة. يتم في التفاعلات الأكسدة فقدان الإلكترونات من قبل الذرات أو الجزيئات أو الأيونات، مما يؤدي إلى زيادة في الشحنة الموجبة أو نقصان في الشحنة السالبة.
فوائد التحلية ببطارية الأكسدة والاختزال
تطور الفريق الذي يقوده الدكتور أندريه تايلور من جامعة نيويورك تاندون في مجال تحلية مياه البحر باستخدام الأكسدة والاختزال يعد إنجازًا مهمًا. فقد تمكن الفريق من زيادة معدل إزالة الملح في نظام تحلية مياه البحر باستخدام هذه التقنية بنسبة تقارب 20%، مما يعني تقدمًا كبيرًا في جعل هذه العملية أكثر كفاءة واقتصادية.
وعلاوة على ذلك، فإن تحسين معدلات تدفق السوائل يقلل من الطلب على الطاقة المطلوبة لتشغيل عملية التحلية، مما يساهم في جعل العملية أكثر استدامة وصديقة للبيئة.
هذا التقدم يسهم في تعزيز جهود التحول نحو استخدام الطاقة المتجددة وتقليل الانبعاثات الضارة بالبيئة، ويمثل خطوة هامة نحو تحسين تكنولوجيا تحلية مياه البحر بشكل عام.
يعكس مشروع نظام تحلية مياه البحر المقترح في الدراسة استراتيجية مبتكرة لتوازن عمليات تحلية المياه مع تخزين الطاقة واستخدام الطاقة المتجددة بطريقة فعالة ومستدامة. من خلال دمج البطاريات التي تعتمد على عمليات الأكسدة والاختزال مع عمليات تحلية المياه، يتمكن المشروع من استخدام الطاقة بكفاءة وتحقيق توازن في الإمداد والطلب على الطاقة خلال عمليات التحلية.
يتيح هذا النهج المرن والقابل للتطوير استخدام مصادر الطاقة المتجددة بشكل أكثر فعالية، مما يقلل من الاعتماد على الشبكات الطاقية التقليدية ويعزز الاستدامة البيئية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يسهم هذا النهج في تحقيق توازن بين الإنتاج والاستهلاك للطاقة، ويوفر حلاً جديدًا لأزمة المياه العالمية، ويساهم في تحقيق عمليات تحلية المياه المحايدة للكربون والمستدامة بيئياً.
تعبر كلمات الدكتور أندريه تايلور عن غاية الدراسة بوضوح، حيث تسلط الضوء على أهمية البحث في إيجاد حلول مستدامة وفعالة للتحديات البيئية والطاقوية التي تواجه العالم. من خلال دمج تخزين الطاقة وعمليات تحلية المياه، تهدف الدراسة إلى تلبية الحاجة المتزايدة للمياه العذبة بطريقة تحافظ على البيئة وتعتمد على مصادر الطاقة المتجددة.
بالتركيز على الأكسدة والاختزال كتقنيات رئيسية، يمكن تحقيق توازن في استخدام الطاقة وتقليل الاعتماد على الطاقة الناتجة عن الوقود الأحفوري، مما يساهم في تخفيف الضغط على البيئة وتحقيق التنمية المستدامة. بالإضافة إلى ذلك، يعكس التركيز على تحلية المياه المحايدة للكربون وصديقة للبيئة التزامًا بتقديم حلول تكنولوجية متقدمة تسهم في حماية البيئة وتحسين جودة الحياة للأجيال القادمة.
المصدر: aljazeera