احتمال قوة الشمس تكنولوجيات معالجة المياه في مجال التطهير المجالات

ولا يزال الحصول على مياه الشرب النظيفة والمأمونة أحد أكثر التحديات العالمية إلحاحا، ولا سيما في المجتمعات المحلية النائية والخارجة من الشبكة، ووفقا لمنظمة الصحة العالمية، يفتقر حوالي 2.2 بليون شخص في العالم إلى خدمات مياه الشرب المأمونة، حيث يقع عبء غير متناسب على المناطق الريفية والمناطق المنعزلة، وينشأ البنية التحتية التقليدية لمعالجة المياه - مثل محطات التموين المركزية ونظم التطهير الكيميائية - يعتمد اعتمادا شديدا على الكهرباء غير المتداخلة، والمستهلكة باهظا.

Understanding Solar-Powered Water Treatment Technologies

وتشمل معالجة المياه بالطاقة الشمسية طائفة من التكنولوجيات التي تستخدم الطاقة الشمسية بطريقتين رئيسيتين: كمصدر مباشر للضوء الحراري أو الفوق البنفسجي، أو كمصدر للكهرباء لحمل المضخات والضغطات والمكونات الإلكترونية، ويعتمد النهج المختار على نوعية المياه، والمناخ المحلي، ومستوى الحاجة، والميزانية المتاحة.

العلاج الحراري الشمسي

)أ( أن تكون هذه الحرارة قادرة على تهدئة أو تفكك المياه، ومن بين أبسط الأمثلة على ذلك التحلل الشمسي، حيث لا يزال يستعمل ضوء الشمس للتبخر من المياه، ويترك الملوثات خلفه، ثم يستهلك البخار كمياه نقية، وهذه النظم فعالة في إزالة الملح والفلزات الثقيلة والمسببات البيولوجية، ولكنها تنتج عادة أحجاما منخفضة مقارنة بماضيها السابق)٤(.

الاضطرابات الشمسية

أما الطريقة البسيطة والمنتشرة لمعالجة المياه الشمسية فهي ] SODIS ، وهي لا تنطوي على ملء زجاجات بلاستيكية شفافة ملوثة بالمياه ووضعها في ضوء الشمس المباشر لمدة لا تقل عن ست ساعات، ولكن الأثر المشترك للإشعاع فوق البكتيريا وقطع الطقس المنخفضة النطاق التي تعالجها منظمة الصحة العالمية، والزجاجات التي تستخدمها في هذا المجال يتطلب وقتاً طويلاً.

تصوّر ميمبران ذو قوة شمس

أما بالنسبة للأحجام الأكبر ونسبة أعلى من كفاءة إزالة الملوثات، فإن نظم الدمج التي تعمل بالطاقة الشمسية - مثل التخزين العكسي، والتسرب النانوي، والترشيح فوق السائل، تستخدم على نحو متزايد، وتولد الألواح من الطفيليات الكهرباء التي تضخ لتوليد المياه من خلال أجهزة إمبراطورية شبه قابلة للتشفير، وتزيل المواد الكيميائية ذات القيمة.

العلاج بالفوتوكاتاليا الشمسية

وتستخدم التكنولوجيا الناشئة عوامل حفازة تعمل بالطاقة الشمسية (مثل ثاني أكسيد التيتانيوم) لإنتاج أنواع تفاعلية تحط من الملوثات العضوية وتقتل الكائنات المجهرية، ولا يزال تحليل الصور الشمسية في مراحل البحث والتجربة، ولكنه يبشر بتدمير الملوثات الناشئة مثل المستحضرات الصيدلانية ومبيدات الآفات دون إنتاج منتجات ثانوية ضارة، ويتطلب الضوء فوق البنفسج ويمكن إدماجه في مفاعلات متفجرة أو نظم أليافية مسطحة.

Why Solar Water Treatment Excels in Remote Areas

إن عرض قيمة معالجة المياه بالطاقة الشمسية في المناطق النائية يتجاوز بكثير نطاق الصداقة البيئية، وتعالج هذه النظم بصورة مباشرة القيود الهيكلية التي تجعل العلاج التقليدي غير قابل للاستمرار.

استقلال الطاقة وإمكانية الاعتماد عليها

وكثيرا ما تفتقر المناطق النائية إلى إمكانية الوصول إلى شبكة كهربائية مستقرة، إذ أن مولدات الديزل مكلفة للوقود والصيانة، كما أن سلاسل الإمداد بالوقود غير موثوقة، فالطاقة الشمسية متاحة عند نقطة الاستخدام، وحتى في المناخات الغائمة، فإن النظم الحديثة تتضمن تخزين البطاريات أو التشكيلات الهجينة (العمود + الريح الصغيرة أو المولدات الاحتياطية) لضمان تشغيلها على مدار الساعة/٧، مما يؤدي إلى إزالة تكاليف الوقود المتكررة والآلام اللوجستية.

تكاليف التشغيل والصيانة المنخفضة

وفي حين أن التكلفة الرأسمالية الأولية يمكن أن تكون كبيرة، فإن النفقات التشغيلية للنظام الذي يعمل بالطاقة الشمسية ضئيلة، فالضوء الشمسي حر، ولا توجد أجزاء متحركة من الألواح المحتوية على الفلول الفولطية، ولا تمتد فترة الحياة من ٢٥ إلى ٣٠ سنة، وتحتاج نظم الرمبران إلى تنظيف واستبدال رشحات بصورة دورية، ولكن هذه التكاليف يمكن التنبؤ بها، وهي في كثير من الأحيان أقل بكثير من تكلفة الشاحنات في المياه المعبأة أو المواد الكيميائية.

الوحدة والقدرة على التصعيد

ويمكن تصميم نظم العلاج الشمسي على أنها وحدات صغيرة محمولة تخدم أسرة واحدة، أو كوحدات محجوبة توفر المياه للمدارس أو العيادات الصحية أو القرى بأكملها، وهذا التدرج يتيح التنفيذ التدريجي: البدء بوحدة نموذجية لإثبات القيمة، ثم التوسع في التمويل والقدرة على ذلك، ويعني الطابع الضارب واللعب للعديد من النظم الحديثة أن التقنيين المحليين يمكنهم تركيبها وإلزامها دون أعمال مدنية ثقيلة.

المنافع البيئية والصحية المشتركة

فالمعاملة الشمسية للمياه، عن طريق استبدال الغلاية بالحطب أو الوقود الأحفوري، تقلل من إزالة الغابات، وتلوث الهواء الداخلي، وانبعاثات الكربون، والفوائد الصحية مباشرة: أقل الأمراض المنقولة عن طريق المياه مثل الكوليرا، والتيفود، والإسهال؛ وانخفاض وفيات الأطفال؛ وتحسين التغذية (المياه الآمنة أساسية لإعداد الأغذية والنظافة الصحية) بالنسبة للنساء والفتيات اللاتي يتحملن في كثير من الأحيان عبء جمع المياه، وهذه التكنولوجيات وقت مجاني للتعليم والأنشطة الاقتصادية.

التنفيذ العالمي الحقيقي ودراسات الحالات الإفرادية

إن معالجة المياه بالطاقة الشمسية ليست نظرية فحسب؛ فالآلاف من النظم تعمل في جميع أنحاء أفريقيا وآسيا وأمريكا اللاتينية والجزر النائية، وتوضح الأمثلة التالية تنوع التطبيقات والدروس المستفادة.

Solar-Powered Desalination in Coastal Communities: The GivePower Model

وقد نشرت GivePower] وحدات تحلية محمية تعمل بالطاقة الشمسية (الأوسم العكسي) في المناطق الساحلية في كينيا وهايتي والفلبين، وتنتج كل وحدة ما يصل إلى 000 75 لتر من المياه النظيفة يوميا، بما يكفي لـ 000 35 شخص، وتُستخدم النظم في تشغيل 50 صفيفة من نماذج الطاقة الشمسية ذات القدرة على تخزين البطاريات، مما يزيل الحاجة إلى توفير الوجبات الغذائية.

SODIS Programs in East Africa

وفي إطار تعزيز منظمة الصحة العالمية ، تم اعتماد نظام " SODIS " في العديد من المجتمعات الريفية في إثيوبيا وكينيا وتنزانيا، وتقوم المنظمات غير الحكومية المحلية بتدريب الأسر المعيشية على استخدام زجاجات واضحة من نوع PET ورصد نوعية المياه، وتظهر الدراسات انخفاضا بنسبة تتراوح بين 30 و50 في المائة في مرض الإسهال بين المستخدمين المتسقين، غير أن التحديات تشمل المقاومة الثقافية (الناسبة المتباينة في تواتر في فترات الانتظار ست ساعات) ونقص الاختن في الحملات البديلة.

التسرب بالأشعة فوق البنفسجية في عيادات الصحة الريفية في الهند

وفي الأجزاء النائية من راجاستان وأوديشا، كان مشروع Swasthya ] قد تم تركيبه في العيادات الصحية، حيث تم توفير المياه المأمونة للمرضى والموظفين، والحد من حالات الإصابة بالماء المغلي، واستخدام الحد الأدنى من أجهزة الترميم الفوقية ذات القدرة الفائقة، وأجهزة الترميز ذات السعة الدنيا.

التغلب على التحديات الرئيسية

وعلى الرغم من إمكاناتها الهائلة، فإن تكنولوجيات معالجة المياه الشمسية تواجه عقبات يجب معالجتها من أجل اعتمادها على نطاق واسع، والاعتراف بهذه التحديات - والحلول التي يجري تطويرها - هي أمور أساسية للتخطيط الواقعي.

التكاليف الرأسمالية الأولية

ويمكن أن يكلف نظام التماثل الشمسي المنعكس على نطاق الأسرة المعيشية ٠٠٠ ١ دولار - ٠٠٠ ٥ دولار، ووحدة على نطاق المجتمع المحلي ٠٠٠ ١٠ دولار - ٠٠٠ ١٠٠ دولار، وهذه التكلفة الأولية باهظة بالنسبة لكثير من المجتمعات النائية التي لا تملك تمويلا خارجيا، وتشمل الحلول تقديم إعانات، وتمويل دفعة واحدة، وأرصدة الكربون، والأموال المتجددة التي يديرها المجتمع المحلي، وتناقص تكلفة الألواح الشمسية والسلف في صناعة الكمبيوتر الوسيطة، مما يقلل بصورة مطردة من أسعار النظام.

التبعية الطبيعية وتخزين الطاقة

إن الطاقة الشمسية متقطعة، فالأيام السحابية، والأمطار الموسمية، وقصر ساعات النهار في الشتاء تخفض إنتاج الطاقة، وبالنسبة لإمدادات المياه الحرجة، يجب أن تتضمن النظم تخزين الطاقة (البطاقات) أو مصادر الطاقة الهجينة، وتحسنت بطاريات الليثيوم الحديثة مدى الحياة وعمق التصريف، ولكنها تضيف تكلفة، وتستخدم بعض النظم برجاً مائياً كشكل من أشكال تخزين الجاذبية:

الخبرة التقنية والصيانة

ويحتاج التهاب النسيج، وفشل الضخ، وأجهزة التحكم الإلكترونية إلى مهارات تشخيص المشاكل، وفي كثير من المناطق النائية، يندر التقنيون المدربون، وتستثمر المشاريع الناجحة في بناء القدرات المحلية كخبراء للمياه، الذين يمكنهم القيام بالتنظيف الروتيني، والاستعاضة عن الأصابع، والتشخيصات الأساسية، ويزداد الرصد عن طريق أجهزة الاستشعار التابعة للشبكة الدولية للطاقة تكلفة، مما يتيح لفرق الدعم في المدن.

تفاوت نوعية المياه

ويمكن لمصادر المياه الخام في المناطق النائية أن تذبذب بشدة في الاضطرابات والملوحة والحمولة البيولوجية، وقد يفشل نظام مصمم للمياه الجوفية الواضحة في نهر مائي خلال موسم الأمطار، ويشمل التصميم الفعال خطوات ما قبل المعالجة مثل الرواسب أو تذويب الرمال أو التخصيب، أما بالنسبة للزلاقات الشمسية، فإن التوسع (بناء الرواسب) يقلل من الكفاءة، كما أن التنظيف المنتظم ومراقبة الضبط التكييف أمر ضروري.

الأثر الأوسع: التحول الاقتصادي والاجتماعي

إن الحصول على المياه المأمونة عامل حفاز للتنمية، إذ أن نظم المعالجة ذات الطاقة الشمسية، عند تنفيذها بفكر، تخلق آثاراً متطورة تتجاوز كثيراً مضخة المياه.

تمكين المرأة

وفي العديد من المجتمعات النائية، تقضي النساء والفتيات ساعات في كل يوم في المشي إلى مصادر المياه البعيدة - التي غالبا ما تكون ملوثة بالمياه، وبتوفير نظام موثوق لمعالجة نقطة الاستخدام، فإن التكنولوجيات الشمسية تفسح المجال للالتحاق بالمدارس، أو التدريب على المهارات، أو المشاريع الصغيرة، وقد قامت منظمات مثل ]] Water.org بتوثيق حالات تولد فيها أكشاك المياه الشمسية، التي تديرها تعاونيات الدخل،

التنمية الاقتصادية المحلية

وعندما تتوافر المياه وتتوفر فيها الأمان، يمكن للأسر المعيشية أن تبدأ أعمالا تجارية صغيرة مثل أكشاك الأغذية أو صنع الطوب أو البستنة، وتحتاج نظم المعالجة الشمسية إلى استبدال تصفية كهرباء دورية وصيانتها، وإيجاد وظائف محلية، كما أن سلسلة الإمداد باللوحات الشمسية والبطاريات والرمبرات، وإن كانت خارجية في البداية، يمكن أن تتطور إلى شبكات توزيع وخدمة زجاجية محلية، وفي المناطق التي ترتفع فيها المواد المنتجة بالطاقة الشمسية، مثل منطقة الساحل أو نفايات أطاكاما.

تخفيض تكاليف الطوارئ الإنسانية

وخلال حالات الطوارئ، والفيضانات، وإمدادات المياه الصالحة للتشريد عبر الشاحنات أو المياه المعبأة باهظة التكلفة )التي تبلغ في كثير من الأحيان ٨-٢٠ دولار لكل متر مكعب( ويمكن نقل وحدات العلاج ذات الطاقة الشمسية وتأسيسها في غضون أيام، مما يقلل من التكاليف التي تتكبدها كل لتر إلى سنتات، وتضم الآن مفوض الأمم المتحدة السامي لشؤون اللاجئين وحدات من الرواتب الشمسية في مجموعة أدوات الاستجابة لحالات الطوارئ المنتشرة في مخيمات من بنغلاديش إلى جنوب السودان.

الابتكارات المستقبلية والتوجيهات البحثية

ويتطور ميدان معالجة المياه الشمسية بسرعة، ويعود العديد من التطورات التي تقطعت إلى جعل هذه النظم أكثر فعالية وكلفة وقابلية للتحمل على مدى العقد المقبل.

Membranes التالية

ويطور الباحثون وحدات متكاملة مباشرة من الكيمبرانيات الفولطية - الصبغي، مثلا، يمكن لنظم التحليل الكهرومغناطيسي ذات الطاقة الفولطية الضوئية أن تحل المياه الرفائية بضغط أقل من الدرو، مما يقلل من استخدام الطاقة، وقد أظهرت المشاريع الرائدة في الهند وأفريقيا جنوب الصحراء الكبرى أن الطاقة الشمسية يمكنها إنتاج المياه بأقل من 0.50 دولار لكل متر مكعب.

الاستخبارات الفنية والصيانة الافتراضية

ويمكن لمستشعرات سواتل " إنترنت " ، مقترنة بأجهزة قياس للتعلم الآلي، التنبؤ ببطاقات التعبئة، وتصويب جداول الغسل الاحتياطي، وتنبيه المشغلين إلى الفشل في العناصر قبل حدوثها، كما أن لوحات الدافئة التي تستخدم الكلاود تسمح بالرصد عن بعد والسيطرة، مما يقلل بشدة من الحاجة إلى القيام بزيارات تقنية في الموقع، وبالنسبة للمناطق النائية التي لا تزال فيها شبكة الإنترنت محدودة، فإن أجهزة دعم المتحكم في الترددات الصغيرة.

المواد ذات التكلفة المنخفضة والتصميم العلماني

ويختبر العلماء المعالمون المزمار الأحيائي المستخرج من الخلية أو الكيميائيات المضغية والبدائل القابلة للتحلل الأحيائي للأغشية التقليدية المتعددة المبيدات، ويعاد تصميم البقايا الشمسية باستخدام زجاجات PET المعاد تدويرها والجزر المحلية، مما يقلل من تكاليف المواد إلى الصفر تقريباً، وتسمح هذه التصميمات للمجتمعات المحلية ببناء وإصلاح وحدات العلاج الخاصة بها، مما يعزز الاستدامة الطويلة الأجل.

النظم الهجينة مع مصادر أخرى متجددة

وفي المناطق التي توجد فيها طاقة ثابتة للرياح أو الهيدرو المصغرة، يمكن أن توفر النظم الهجينة الشمسية - الرياح أو الهيدرو الشمسية قدرة أكثر موثوقية، فعلى سبيل المثال، تستخدم قرية في أنديز بيرو جهازاً مختلطاً وهيدوياً لإدارة وحدة لتثبيت اليورانيوم، مما يحقق إزالة مسببة للمرض بنسبة 99.9 في المائة مع تخزين صفري للبطارية، وتخفض تكلفة هذه الأجهزة المغناطيسية مثل مركب المغناطيسي.

خاتمة

وتمثل تكنولوجيات معالجة المياه ذات الطاقة الشمسية أكثر من مجرد حل هندسي - فهي طريق إلى الصحة والكرامة والفرص الاقتصادية لملايين الناس في المناطق النائية، وتتراوح التكنولوجيات بين التطهير البسيط القائم على الاختناق إلى نظم حمراء متطورة تستمد طاقتها من فولتاتيات الضوئية، وعند تنفيذها مع الاهتمام بالسياق المحلي وبناء القدرات والتمويل المستدام، يمكن لهذه النظم أن توفر مياهاً آمنة وموثوقة دون عبء سلاسل الإمداد بالوقود أو اعتمادها على الشبكات.

إن حواجز التكلفة، وتقلبات الطقس، والتعقيد التقني، هي حواجز حقيقية، ولكن يجري التغلب عليها باطراد من خلال الابتكار، وانخفاض أسعار المكونات، ونماذج الإدارة التي تجري اختباراً ميدانياً، وبما أن تغير المناخ يكثف ندرة المياه، ومع استمرار انخفاض تكاليف الأفرقة الشمسية، فإن اعتماد معالجة المياه الشمسية سيتسارع، وبالنسبة للحكومات والمنظمات غير الحكومية والمصارف الإنمائية وأصحاب المشاريع، فإن الرسالة واضحة: الاستثمار في معالجة المياه بالطاقة الشمسية للمناطق النائية ليس مجرد تدخلاً فعالاً.

ويمكن لهذه التكنولوجيات، بالتركيز على تصميمها من أجل الاستدامة والملكية المحلية والفوائد الصحية والاقتصادية المتكاملة، أن تحول ضوء الشمس إلى أغلى مورد من الموارد: مياه الشرب المأمونة، حتى في أكثر المجتمعات المحلية عزلا في العالم.