Table of Contents

الطاقة الحرارية الأرضية في تربية الأحياء المائية: إيجاد حل مستدام لإنتاج الأغذية البحرية

ويستمر الطلب العالمي على الأغذية البحرية في الارتفاع، حيث يضغط على الأرصدة السمكية البرية ويقود النمو السريع في تربية الأحياء المائية، ومع ذلك فإن الزراعة التقليدية للأسماك تعتمد غالبا على الوقود الأحفوري للتدفئة والضخ ومعالجة المياه، مما يسهم في انبعاثات غازات الدفيئة وتكاليف التشغيل المرتفعة، كما أن إنتاج الطاقة الحرارية الأرضية المخزنة تحت شبكات المياه السطحية هو بديل متجدد يمكن أن يغير من زراعة الأسماك إلى صناعة أكثر استدامة ودرجة من حيث الحرارة المناخية.

Understanding Geothermal Energy Resources

وتنشأ الطاقة الحرارية الأرضية من صميم الأرض حيث تصل درجات الحرارة إلى عدة آلاف درجة مئوية، وتتدفق الحرارة إلى الخارج، وتدفئ الصخور، وخزانات المياه الجوفية، حيث تسمح الظروف الجيولوجية - القريبة من حدود الصفائح التكتونية أو المناطق البركانية - يمكن الوصول إلى الحرارة عن طريق حفر الآبار بعدة مئات من المتر إلى عمق عدة كيلومترات.

وبالنسبة لتربية الأحياء المائية، تنطوي التطبيقات الأكثر عملية على الاستخدام المباشر للمياه الساخنة أو البخار الحرارية الأرضية، وكذلك المضخات الحرارية الأرضية للمرافق الصغيرة الحجم، وعلى عكس الطاقة الشمسية أو الرياح، توفر الطاقة الحرارية الأرضية الثابتة، التي تعتمد على الطقس، مما يجعلها قيمة خاصة للعمليات الحساسة من حيث الحرارة مثل الزراعة السمكية.

التكنولوجيات الحرارية الأرضية الرئيسية لتربية الأحياء المائية

يتم نشر تقنيتين رئيسيتين في بيئات تربية الأحياء المائية:

  • ]Direct geothermal heating]: يضخ الماء الساخن من آبار الحرارة الأرضية عن طريق مبادلات حرارية أو مباشرة في صهاريج الأسماك أو سباقات أو نظم البركة، وهذه الطريقة مناسبة تماماً للعمليات الواسعة النطاق التي يمكن فيها الحصول على سوائل حرارية حرارية حرارية متوسطة الأجل )٤٠-٩٠ درجة مئوية(.
  • ]Geothermal heat pumps (GSHPs): تعمم هذه النظم سوائل من خلال حلقات تحت الأرض لاستيعاب الحرارة أو تزييفها، وتوفر هذه النظم التدفئة والتبريد معا، مما يجعلها مثالية لإعادة تشكيل نظم المياه التي تتطلب مراقبة دقيقة لدرجات حرارة المياه، وفي حين أن تكلفة التركيب الأولية أعلى من تكلفة التشغيل التقليدية HVAC.

تطبيقات الطاقة الحرارية الأرضية في مجال تربية الأحياء المائية

نظام درجة الحرارة المائية في النظم المفتوحة

فالعديد من أنواع الأسماك لها حدود حرارة أمثل، وتقلبات الحرارة في الأسماك، وتكبت وظيفة مناعة، وبطء النمو، ويمكن للتدفئة الحرارية الأرضية أن تحافظ على درجات حرارة مستقرة في البراعم المفتوحة، والممرات العرقية، ونظم تدفق المياه، ولا سيما في المناخات الباردة، وفي أيسلندا، حيث توجد موارد حرارية جيولوجية، يستخدم المزارعون المياه الساخنة من الآبار إلى المياه العذبة في المناطق التي تتسرب فيها المياه.

Recirculating Aquaculture Systems (RAS)

كما أن مرافق نظام تقييم المخاطر وإعادة التأهيل تغذي المياه من خلال أجهزة التصفيف والمرشحات الحيوية ووحدات الإضاءة، ولكن يجب أن تعوض عن الخسائر الحرارية الناجمة عن المضخات، والارتفاع، والتبريد المحيطي، ويمكن لمضخات الحرارة الأرضية أن توفر الطاقة الحرارية اللازمة بكفاءة، مع تهدئة النظام خلال الأشهر الصيفية، وفي المزارع البرية المرتكزة على نظام تقييم الأداء بالنسبة لمقاومة سمك السلمون المحيط الأطلسي، والجمدة بيضاء، ونسبة مئوية، ونسبة مئوية من حيث تعطلات الكهربائية.

عمليات الهاتجرية والجراحة

إن أجنة الأسماك واللافيا الحرارية شديدة الحساسية، ويمكن أن تؤثر الانحرافات الصغيرة تأثيراً جذرياً على النجاح في الارتطام والبقاء المبكر، وتوفر النظم الحرارية الأرضية مراقبة دقيقة ومستقرة لدرجات الحرارة في خزانات احتضان الكرز، وفي اليابان تستخدم المياه ذات الحرارة الحرارية الأرضية للتعجيل بتطوير اليرق والرقائق البحرية الحمراء اليابانية، وتقصير مرحلة الكرز، وزيادة دورات الإنتاج السنوية المثلى.

النظم المتكاملة لتربية الأحياء المائية المتعددة الألف

كما يمكن أن تدعم الحرارة الحرارية الأرضية التجارة الدولية، حيث تنمو الأسماك والجزر والعشب البحري معا في نظام إيكولوجي متوازن، وتحسن درجات الحرارة المستقرة في المياه نمو جميع الأنواع، وتزيد من استخدام المياه الحرارية الأرضية من التدفئة العالية الحرارة إلى الري ذي الحرارة المنخفضة بالنسبة لثباتات الطحالب - زيادة كفاءة الطاقة عموما.

المنافع البيئية والاقتصادية

Reducing Greenhouse Gas Emissions

وقد تبين من تحليل لبصمة غازات الدفيئة لمزرعة تلفيق ذات حرارة حرارية حرارية في كينيا أن استبدال سخانات المياه التي تعمل بالديزل بنظام حراري مباشر يخفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون السنوية بمقدار 80 طنا متريا، ويمكن أن يؤدي الاعتماد الواسع النطاق لتدفئة المياه الحرارية الأرضية إلى تشريد ملايين الأطنان من مكافئ ثاني أكسيد الكربون، ولا سيما في المناطق التي تعتمد حاليا على مصادر كهرباء أو حرارية.

وفورات تكاليف الطاقة

وتستأثر الكهرباء بنسبة ١٥-٣٠ في المائة من تكاليف التشغيل في مزرعة نموذجية لتربية الأحياء المائية، حيث كثيرا ما يكون أكبر عنصر من العناصر، وترتفع تكاليف النظم الحرارية الأرضية في رأس المال - مما يؤدي إلى ارتفاع تكلفة إنتاج البئر من ٢-١٠ ملايين دولار حسب العمق والجيولوجي - ولكنها توفر نفقات تشغيل منخفضة للغاية، وقد أظهرت دراسة حالة من مزرعة تروات في إيداهو بالولايات المتحدة أن التحول من محركات كهرباء إلى مدخرات في فترة حرارية.

الإنتاج المعزز والقابلية للتأثر

وتعجل درجات حرارة المياه المستقرة معدلات نمو الأسماك، وتخفض معدلات الوفيات، وتحسن معدلات تحويل التغذية، وتنتج دراسة عن تلفانيا النيل (نيلوتكوس الأوريكروميس) في الصهاريج الحرارية الأرضية، وتبين أن الأسماك وصلت إلى وزن السوق قبل شهر واحد من الصهاريج غير المسخنة، مع انخفاض نسبة تركيزها على التفريغ بنسبة 12 في المائة، وأن دوران المزارعين يمكن أن ينتجوا دورات حصاد أكبر في السنة، مما يدفع قدرا كبيرا من الدخل لكل منطقة من مناطق الوحدة.

دراسات حالة من حول العالم

أيسلندا: نموذج لتربية الأحياء المائية الحرارية الأرضية - المستديمة

وتظهر أيسلندا مكانة فريدة من نوعها بموارد حرارية جيولوجية عالية ودنية الحرارة، حيث حققت صناعة سمك السلمون الأطلسي، وزراعة القطب الشمالي، وثباتات أحفورية تعتمد على أحواض قزح المياه الجوفية في جميع المرافق الداخلية تقريبا، وفي مزرعة هوسفيتش للأسماك، تستخدم المياه الحرارية الأرضية من أدنى مستوى من حيث استهلاك المياه الجوفية في المبادلات الحرارية لتدفئتها.

أمريكا الوسطى: الطاقة الحرارية الأرضية لمزارع الجمبري في السلفادور

وفي السلفادور، يواجه مزارعو الروبيان درجات حرارة عالية يمكن أن تؤدي إلى تفشي الأمراض، وبدلا من استخدام المبردات التقليدية، قامت تعاونية بالقرب من منطقة أوشابان الحرارية الأرضية بسحب المياه الساخنة للتمدد في المراعي والمياه الباردة من نهر قريب للتبريد وتحقيق التوازن الحراري في برك الروبيان، وقلل المشروع من تكاليف الطاقة بنسبة 40 في المائة وانخفاض معدلات الوفيات المتجددة، كما أن الحرارة الحرارية الأرضية تولد مرفقا صغيرا لمعالجة الطاقة بعد الولادة.

الولايات المتحدة: مضخات الحرارة الأرضية في نظم التوزيع

وفي شمال غرب المحيط الهادئ، اعتمد العديد من مزارع تربية الأحياء المائية للروت والرأس الصلب نظماً للزراعة المائية في منطقة المحيط الهادي، وفي مزرعة في ولاية واشنطن، يحتفظ نظام عمودي مغلق للشبكة بدرجات حرارة المياه عند 12-14 درجة مئوية في السنة، على الرغم من درجات الحرارة الخارجية تتراوح بين - 5 درجات مئوية و30 درجة مئوية.

التحديات والنظر في المسألة

الحدود الجيولوجية والجغرافية

ولا تتوفر لكل منطقة موارد حرارية جغرافية متاحة، إذ تتركز نظم الحرارة المائية العالية الحرارة في المناطق البركانية - رنين النار في منطقة شرق أفريقيا، أيسلندا، وأجزاء من منطقة البحر الأبيض المتوسط، ويمكن العثور على موارد منخفضة إلى متوسطة الأجل في أحواض الرسوبيات (مثل حوض باريس، والصعاب الكندية) ولكنها تتطلب حفرا عميقا (من 1 إلى 3 كيلومترا) قد تكون محصولة التكلفة.

كيميائيات المياه وتسلقها

وكثيرا ما تحتوي السوائل الحرارية الأرضية على معادن مفككة، وكربونات الكالسيوم، والحديد، والزرنيخ التي يمكن أن تهيمن وأنبوب الفول، ومبادلات الحرارة، وصهاريج الأسماك، وقد يتطلب الحرق مع ملوحة عالية أو معادن ثقيلة معالجة باهظة التكلفة أو إعادة حقنها، ويمكن أن يؤدي استخدام مبادلات حرارية ذات حلقة مائية مقفلة إلى عزل الأسماك عن التعرض الكيميائي، ولكن الحد من التحويل الحراري.

رأس المال والتنظيم

وقد يمثل هذا التدفق في مجال الطاقة الحرارية الأرضية ما يتراوح بين 000 500 و 15 مليون دولار، حسب العمق والموقع، بالنسبة لمزرعة الأسماك المتوسطة الحجم، 30 إلى 50 في المائة من مجموع تكاليف التشييد، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يستغرق الحصول على تصاريح الحفر، وحقوق المياه، والموافقات البيئية شهوراً إلى سنوات، وتقدم حكومات كثيرة الآن منح، أو قروض منخفضة الفائدة، أو ائتمانات ضريبية للتنمية الحرارية الأرضية (مثلاً، إدارة الطاقة الحرارية في الولايات المتحدة).

الاتجاهات والابتكارات في المستقبل

النظم الحرارية الأرضية الهجينة - الشمسية

ويمكن أن يؤدي الجمع بين الحرارة الأرضية والحرارة الشمسية إلى الحد من عمق الحفر والتكلفة مع زيادة مرونة النظام، وتوفر الصفوف الشمسية الحرارة خلال فترات الشمس، وتستقر الحرارة الحرارية الأرضية أثناء الطقس الغائم أو البارد، وتختبر المشاريع الرائدة في شيلي والمكسيك هذه الهجينات في الكرزات وزراعة الأسماك في الأحداث، مع ما يُظهر من نتائج مبكرة انخفاض في تكلفة الحرارة بنسبة تتراوح بين 20 و 30 في المائة مقارنة بالتصميم الحراري.

Geothermal-Powered Desalination for Inland Aquaculture

وكثيرا ما تواجه الزراعة الداخلية في الأسماك مشاكل تتعلق بندرة المياه أو ملوحة، إذ يمكن للطاقة الحرارية الأرضية أن تولد طاقة منخفضة الحرارة أو تحلية الغدة الدرامية (مثلا، الأشعة العكسية مع التسخين) لإنتاج المياه العذبة من المياه الجوفية المرفوعة، وتشير البحوث الجارية في أستراليا إلى أن تحلية الشعائر الأرضية يمكن أن تقلل من تكاليف المياه للمزارع الرطبة الداخلية في المناطق القاحلة أيضا.

التكامل الاقتصادي

كما أن الطاقة الحرارية الأرضية تتيح لمرافق تربية الأحياء المائية استعادة الحرارة من مجاري النفايات - مثل معالجة مياه الفضلات في الأسماك - وإعادة استخدامها لبناء التدفئة أو لتسخين المياه القادمة، كما يمكن للنظم المتكاملة أن تلتقط الميثان من الهضم اللاهوائي للحمية السمكية لتوليد الكهرباء للمضخات الحرارية، وإنشاء نظام للطاقة مغلق تقريباً، وقد حقق المتبنون المبكرون في الدانمرك وهولندا توازناً صافياً في الطاقة الزراعية.

تعليم الآلات من أجل التحكم في التدرج الأمثل

ويجري حاليا نشر نظم متقدمة للمراقبة تستخدم معلومات استخباراتية اصطناعية لتكييف ناتج التدفئة الحرارية الأرضية استنادا إلى سلوك الأسماك في الوقت الحقيقي، ومستشعرات نوعية المياه، والتنبؤات الجوية، ويمكن لهذه النظم أن تتوقع حدوث انخفاضات في درجات الحرارة قبل حدوثها، وتقليص التدفئة التعويضية وتقليل نفايات الطاقة، حيث تتراجع تكاليف أجهزة الاستشعار والتشغيل الآلي، وقد تسخر المزارع الصغيرة من الطاقة الحرارية الأرضية بأقل قدر ممكن من الرقابة البشرية.

خاتمة

إن الطاقة الحرارية الأرضية ليست حلاً عالمياً لتربية الأحياء المائية، ولكنها أداة قوية للمناطق التي تتوفر فيها موارد ميسرة، وقدرتها على توفير حرارة مستقرة منخفضة التكلفة وخفيضة الكربون، تتصدى مباشرة لأشد التحديات التي تواجه استدامة الصناعة: الاعتماد على الطاقة وبصمة الكربون، ومن المكثفات الصغيرة في اليابان إلى مزارع سمك السلمون الكبيرة في أيسلندا، فإن التكنولوجيا الحرارية الأرضية تبرهن على قيمتها.

الموارد الخارجية التي تواصل استكشاف هذا الموضوع: ]