تحليل أداء نظام تحلية يعمل بتقنية الترطيب–إزالة الترطيب ويعمل بالطاقة الشمسية

تحويل ضوء الشمس إلى ماء صالح للشرب

يصبح الحصول على مياه نظيفة أكثر صعوبة في مناطق جافة كثيرة، بما في ذلك مصر، حيث تحتاج المدن والمنتجعات الجديدة القريبة من البحر بشكل عاجل إلى مياه عذبة بينما الموارد من الأنهار وهطول الأمطار محدودة. تستكشف هذه الدراسة جهازًا صغيرًا يعمل بالطاقة الشمسية يمكنه تحويل مياه البحر المالحة إلى مياه صالحة للشرب باستخدام تسخين لطيف بدلاً من الغليان الشديد. من خلال قياس سلوك هذا النظام بعناية في ظروف خارجية حقيقية، يبيّن الباحثون كيف يمكن استخلاص المزيد من المياه العذبة من نفس ضوء الشمس مع الحفاظ على انخفاض التكاليف والتلوث.

لماذا تهم هذه الطريقة من التحلية

محطات التحلية الكبيرة تزود بالفعل العديد من المدن الساحلية، لكنها تتطلب مضخات ضغط عالية ومرشحات معقدة وكميات كبيرة من الكهرباء. هذا يجعلها مكلفة وصعبة التركيب في القرى النائية أو المجتمعات الصغيرة. يستخدم النظام الذي اختبر هنا فكرة مختلفة تُسمى الترطيب–إزالة الترطيب: بدلاً من إجبار مياه البحر على المرور عبر أغشية دقيقة، يُحاكي دورة المياه الطبيعية. يتبخر الماء المالح الدافئ إلى الهواء ويترك الملح ثم يُبرَّد الهواء الرطب ليُتكثف الماء النقي ويُجمع. وبما أن درجات الحرارة تبقى أدنى من الغليان والمصدر الحراري الأساسي هو الشمس، يمكن أن تكون هذه المقاربة أبسط وأكثر هدوءًا وأنظف من المحطات التقليدية.

كيف يعمل نظام الاختبار

بنى الفريق محطة تجريبية على سطح مبنى في القاهرة وزودوها بمياه قناة السويس الحقيقية، التي هي أكثر ملوحة من متوسط محيط العالم. يسخّن ضوء الشمس أولاً مياه البحر في مجمّع شمسي بأنابيب مفرغة، رافعا درجة حرارتها إلى مستوى ماء الحوض أو أعلى قليلاً. ثم يُرش هذا الماء المالح الساخن فوق مادة تعبئة بلاستيكية داخل صندوق طويل يُسمى المُرطّب. أثناء تناقصه لأسفل، يمرّ مروحة هواء صاعد عبر الأسطح المبتلة، فتلتقط بخار الماء وتصبح هواء دافئًا رطبًا. بعد ذلك ينتقل هذا الهواء عبر مجاري معزولة إلى صندوق ثانٍ، المُزيل للرطوبة، حيث يمر فوق ملفات معدنية باردة تُزوَّد بماء مدينة بارد. يتكثف البخار على الملفات وينقط في حوض كمياه مُقطّرة جاهزة للتخزين والاستخدام لاحقًا.

ما الذي قيّسه الباحثون

من التاسعة صباحًا حتى الخامسة مساءً، على مدى 36 يوم اختبار منفصل في فبراير ومارس، غيّر الباحثون مقبضين رئيسيين: سرعة تدفق مياه البحر وسرعة دوران الهواء. تتبعوا ضوء الشمس ودرجات الحرارة ورطوبة الهواء والكمية الدقيقة من المياه العذبة المنتجة كل ساعة. كما هو متوقع، ارتفعت الإنتاجية خلال الصباح وبلغت ذروتها حول الظهر عندما كان الشمس في أقوى حالاتها، ثم انخفضت في وقت متأخر من بعد الظهر. نقلت سرعات الهواء الأسرع مزيدًا من البخار من المُرطّب إلى المُزيل للرطوبة، وأتاح تدفق مياه البحر الأعلى مزيدًا من الماء الدافئ للتبخر. في أفضل ظروف تم اختبارها — تدفق مياه بحر بقيمة 0.63 كيلوجرام في الثانية وسرعة هواء 13.2 مترًا في الثانية — بلغ الإنتاج اليومي 17.04 كيلوجرامًا من الماء المقطر، أي نحو 17 لترًا، خلال نافذة التشغيل التي استمرت ثماني ساعات.

موازنة العائد والكفاءة والتكلفة

بعيدًا عن الإنتاج البسيط، درس الفريق كيف استخدم النظام الحرارة الشمسية الواردة بكفاءة. استخدموا مقياسًا يسمى نسبة مكسب الإنتاج (gain output ratio)، الذي يقارن الطاقة المخزنة في المياه المنتجة بالطاقة الحرارية المورّدة. بلغت هذه النسبة، جنبا إلى جنب مع نسبة الاسترداد التي تقارن المياه المنتجة بمياه البحر المغذاة، أعلى قيمها عندما كان تدفق مياه البحر وسرعة الهواء مرتفعتين ولكن متوازنتين: إذ أعطت تركيبة معينة أفضل توازن بين التبخر القوي والتكثيف الفعال. في أفضل هذه الظروف، بلغت نسبة مكسب الإنتاج الإجمالية 1.22، مما يدل على أن استرداد الحرارة الداخلي داخل النظام ساعد على إعادة استخدام الطاقة. أظهر تحليل اقتصادي، قائم على عمر مقدّر بعشر سنوات والظروف المالية المحلية، أن تكلفة كل لتر من الماء المقطر ستكون حوالي 1.7 سنت أمريكي، بافتراض 340 يومًا مشمسًا من التشغيل سنويًا. وبما أن الحرارة مصدرها الشمس بدلاً من الوقود الأحفوري، يقدّر المؤلفون أن ما يقارب ستة أطنان من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون تُتفادَى خلال عمر النظام.

ماذا يعني هذا للمناطق العطشى

بعبارات بسيطة، تُظهر هذه الدراسة أن جهازًا شمسيًا متواضعًا بحجم سطح سقف يمكن أن يحول مياه القناة المالحة إلى مياه نظيفة بتكلفة منخفضة ودون إضافة غازات دفيئة. من خلال ضبط سرعتي الهواء ومياه البحر المارة عبر النظام، حدد الباحثون شروط تشغيل تزيد من إنتاج المياه العذبة وكفاءة الطاقة في ظل مناخ القاهرة الحقيقي. ومع أن الحجم اليومي صغير جدًا لتغذية مدينة كبيرة، فهو مناسب لاحتياجات المنازل المعزولة والمزارع أو مخيمات السياح على سواحل مصر. تقدّم الدراسة أرقامًا عملية يمكن للمهندسين والمخططين استخدامها لتصميم وحدات تحلية صغيرة الجيل التالي تكون ميسورة التكلفة وسهلة الصيانة ومزودة بالطاقة في الأساس من ضوء الشمس.

الاستشهاد: Gomaa, A., Hassaneen, A.E., Ibrahim, H. et al. Performance analysis of a solar desalination system operated by humidification–dehumidification technique. Sci Rep 16, 9805 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40700-6

الكلمات المفتاحية: تحلية شمسية, الترطيب إزالة الترطيب, معالجة مياه صغيرة النطاق, الطاقة المتجددة, موارد المياه في مصر