نظام جديد لتحلية مياه الشرب ومعالجته في استخراج الغاز والزيت

ضمن برنامج التعاون البحثي بين الجامعة وجامعة ام آي تي طور فريق بحثي من الجامعتين نظاما جديدا لتنقية المياه التي تم استخدامها في شق وتكسير مكامن الغاز الصخري، والتي تحتوي على نسب عالية جدا من الملوحة تفوق بأضعاف ملوحة مياه البحر وبتكلفة منخفضة نسبيا، كما أكد الباحثون أن التقنية تساعد على إنشاء وحدات لتحلية في الدول النامية ذات كفاءة عالية وتكلفة منخفضة.
وتناقل عدد من وكالات الأنباء العالمية خبر هذه التقنية الجديدة، فقد نقلت وكالة إن بي سي وساينس نيوز أنباء نظام التحلية الجديد كما تم وصفه في سلسلة من الأبحاث التي نُشرت مؤخرا في دوريات علمية محكمة مثل "المجلة الدولية لانتقال الحرارة والمادة، ومجلة الطاقة التطبيقية ومجلة المعهد الأمريكي للمهندسين الكيميائييين، كما منحته مجلة "تقنيات المياه.
وتتزايد أهمية التقنية المبتكرة نظرا للأهمية المتزايدة للغازالطبيعي الذي يتم التحول إليه لإنتاج الطاقة للتقليل من انبعاثات الكربون المسببة للاحتباس الحراري, كما أنه، وبسبب سعي الولايات المتحدة للاكتفاء الذاتي من الطاقة، فإن هناك اهتماما كبيرا بتقنيات إنتاج الغاز الصخري، وتشكل الحاجة إلى كميات كبيرة من المياه أحد أهم مشاكل استخراج هذا الغاز غير التقليدي، إلا أن التقنية الجديدة تمكن شركات الحفر من الاكتفاء بكميات محدودة من المياه نظرا لقدرة الجهاز على إعادة تأهيل المياه المستخدمة وجعلها صالحة للاستخدام.
وذكر الدكتور عمرو القطب أستاذ الهندسة الميكانيكية في الجامعة مدير مركز التميز البحثي في التعاون بين جامعة الملك فهد وجامعة إم آي تي أن معالجة المياه في حقول النفط والغاز الصخري أحد التطبيقات المهمة للنظام الجديد لأن تلك المياه تكون شديدة الملوحة ومختلطة بالزيت وتحتوي شوائب كثيرة بحيث لا يمكن اعادة استخدامها، كما أنه لا يوجد نظام تحلية قادر على تحلية هذه النوعية من المياه، وأوضح أن الاختراع الجديد يمثل حلا جذريا للمشكلة حيث يستطيع الجهاز التعامل مع الملوحة الشديدة.
وبيّن د. قطب أن هناك شركة وليدة من هذه التقنية تمارس عملها في بوسطن ويملكها أساتذة وطلاب من جامعة إم آي تي، وأضاف أن الشركة ستقوم بشراء الابتكارات ودفع قيمتها للجامعتين، ثم ستسوق المنتج إلى شركات النفط في الولايات المتحدة. وأوضح أنه يتم العمل على إنشاء شركة سعودية لتحلية المياه بهذه التقنية، لافتا إلى أنها ستكون أول شركة في المملكة قائمة على تقنية بحثية، وأضاف أن جامعة الملك فهد وجامعة إم آي تي لديهما اتفاقية لتبادل التقنيات والشراكة في أسهم الملكيات الفكرية.
وزاد أن النظام الجديد فعال جدا في توفير مياه الشرب للمنازل والمجمعات السكنية، كونه جهازاً صغيراً وسهل النقل كما أنه يساعد على توفير مياه الشرب بشكل اقتصادي جدا في الأماكن البعيدة عن المسطحات المائية، وبذلك يوفر تكاليف النقل والتمديدات. وبين أنه يمكن تركيب أكثر من جهاز في الخزان الواحد، وتتراوح قدرة الجهاز الواحد من 3000 إلى 4000 الف لتر يوميا باستخدام كميات صغيرة من الوقود.
وأشار إلى إن الجامعة تطور في معاملها حاليا نسخة مطورة من الجهاز أكثر كفاءة وأصغر حجما وأقل استهلاكا للوقود. وأوضح انه تم الحصول على براءة اختراع للجهاز الجديد كما أن سبعة منتجات ابتكارية في طور التسجيل كبراءات اختراع. وقال أنه يمكن تحقيق استفادة كبيرة من الجهاز في المملكة سواء في تحلية المياه أو في القطاع النفطي، كما أنه صديق للبيئة.
وقال إن طريقة عمل الجهاز الجديد يحاكي عملية تكوين الغيوم وتكاثفها وهطول الأمطار في الطبيعة حيث لاتحتاج إلى تبخير المياه تحت درجات حرارة عالية، بل يقوم الهواء بحمل بخار الماء في درجات حرارة دافئة ثم يتم تكثيفها على شكل غيوم.
وبين أنه في عملية التقطير الاعتيادية يتم تسخين المياه المالحة وتكثيف بخار الماء على سطح بارد، بحيث ينفصل الملح خلال عمليه التبخير، وتستهلك هذه العملية كميات هائلة من الطاقة لأنه ينبغي تسخين المياه لدرجة الغليان، كما ينبغي تبريد أسطح التكثيف في نفس الوقت. أما في التقنية الجديدة فيتم تبخير المياه دون نقطة الغليان عن طريق تمرير غاز ناقل يحمل الهواء الرطب على شكل فقاعات تحملها مياه مبردة، ثم يتكثف بخار الماء ليكون ماءً نقيا.
وأوضح أن النسخة التقليدية من هذه العملية تسمى "نظام إزالة الرطوبة والتجفيف لتحلية المياه HDH" وقد تم تطوير هذه التقنية بحيث تصبح أقل تطلبا للطاقة بشكل كبيربكثير من الأنظمة السابقة.
ويقول دكتور لينهارد من جامعة "إم آي تي" أن الباحثين أصبحنا مهتمين بعملية إزالة الرطوبة والتجفيف لتحلية المياه في بداية تعاوننا مع جامعة الملك فهد للبترول والمعادن كوسيلة لتوفير المياه للمناطق الغير متصلة بشبكات المياه في العالم النامي.
وذكر الدكتور مصطفى الشرقاوي أستاذ الهندسة الميكانيكية المساعد في جامعة الملك فهد للبترول والمعادن أن التقنية الجديدة في تنقية المياه يمكن استخدامها في عدة تطبيقات، حيث يمكن استخدامها لتوفير المياه العذبة للبيوت والمجمعات السكنية الصغيرة بسهولة وبتكاليف منخفضة.
وأضاف إن شركات النفط والغاز مهتمة جدا بالتقنية لأنها ستسفيد منها في إعادة تأهيل المياه المستخدمة في تكسير الصخور واستخراج الغاز والنفط الصخري، موضحا أن نسبة ملوحة المياة المستخدمة في استخراج الغاز والزيت الصخري تصل إلى 120 الف وحدة للمليون وهي نسبة عالية لاتوجد أي تقنية معروفة قادرة على معالجته، وكان الحل الوحيد أمام الشركات نقل كميات ضخمة من المياه لاستخدامها في استخراج الغاز والزيت الصخري.
وقال الدكتور باراكاش نارايان من جامعة إم آي تي " استطعنا زيادة كفاءة استخدام الطاقة والكفاءة الحرارية، وتقليص حجم وتكلفة محطات تحلية المياه، ودول العالم النامي في حاجة ماسة لمثل هذه المرافق"
وأضاف أن محطات التحلية التقليدية لديها الكفاءة من حيث الحجم، ولكن كلما زاد حجمها كلما زادت التكلفة. وزاد " نظامنا الجديد يوفر احتياج قرية ريفية، ومن الممكن توسيع مثل هذه المحطات من حيث الحجم بكل سهولة، وذلك بإضافة وحدات أكثر لها"