أثار جرس الإنذار
الذي قرعته «مجلة الجزيرة» في عددها الرابع حول «خطر العطش» الذي يتهدد
العالم بشكل عام والمملكة بشكل خاص انتباه العديد من الباحثين من أبناء
المملكة.
وكانت المجلة قد لفتت الانتباه للنقص الخطير للمياه في المملكة، الذي
يستهلك منه القطاع الزراعي 90% من المياه مقابل 5% للاستهلاك المنزلي و 5%
للأغراض الأخرى. وأشار التقرير الذي لقي اهتماما واسعاً بين الخبراء
والمختصين بشؤون المياه إلى خطورة الاستنزاف وبخاصة خلال السنوات العشرين
الماضية مما أدى إلى زيادة الملوحة في الكثير من الآبار الجوفية من ناحية
وإلى خفض منسوب المياه الجوفية من ناحية أخرى، من خلال هذا الملف نستعرض
جانباً من الحلول العلمية المطروحة.
أثار جرس الإنذار الذي قرعته «مجلة الجزيرة» في عددها الرابع حول «خطر
العطش» الذي يتهدد العالم بشكل عام والمملكة بشكل خاص انتباه العديد من
الباحثين من أبناء المملكة.
وكانت المجلة قد لفتت الانتباه للنقص الخطير للمياه في المملكة، الذي
يستهلك منه القطاع الزراعي 90% من المياه مقابل 5% للاستهلاك المنزلي و 5%
للأغراض الأخرى. وأشار التقرير الذي لقي اهتماما واسعاً بين الخبراء
والمختصين بشؤون المياه إلى خطورة الاستنزاف وبخاصة خلال السنوات العشرين
الماضية مما أدى إلى زيادة الملوحة في الكثير من الآبار الجوفية من ناحية
وإلى خفض منسوب المياه الجوفية من ناحية أخرى، من خلال هذا الملف نستعرض
جانباً من الحلول العلمية المطروحة.
تعطلت بك السيارة في مضامي الصمان، وانقطعت بك السبل وأعيتك الحيلة وأصبت
بالخوف، فلم تعد تتذكر المعالم أو تميز الاتجاهات. تتطلع يمينا ويسارا
بحثا عن عابر سبيل أو طرق تدل على وجود مورد ماء، فلا ترى إلا سرابا،
فتصاب بالمزيد من الخوف واليأس وتعجز عن السير. ترتمي في ظل صخرة كبيرة
انتظارالفرج من الله، وفجأة تهبط عليك من حيث لا تدري آلة عجيبة، يخرج من
أسفلها ماء عذب بارد ومن أعلاها نسيم عليل.. فتشرب وتسري الحياة في عروقك
من جديد وتسترد قدرتك على التفكير وتعود كما كنت من قبل، ابن الصمان،
فتتذكر المعالم والطرق وتحمل آلتك على ظهرك، لفك أسرارها، ثم تستيقظ فجأة
على صوت أذان الفجر، وتجد أن الخزان خال من الماء، تسترجع ما رأيته في
المنام وتتمنى لو كان حقيقة، لتضع واحدة من تلك الآلات فوق سطح المنزل،
تحميك من انقطاع المياه وتخفف عليك فواتير الكهرباء.
ان ما رأيته في المنام ليس أضغاث أحلام ولا خيالا علميا بل حقيقة ملموسة
دخلت ميدان التطبيق العملي، طوّرها أناس أقل منا حاجة للهواء البارد ولا
تنقصهم المياه العذبةومن خلال هذا الملف نستعرض ما تم إنجازه في هذا
المجال حتى الآن، والآفاق الجديدة التي يفتحها ليس فقط لسكان المناطق
الصحراوية بل للبشرية جمعاء.
الأساس العلمي
يتراوح تركيز بخار الماء في الهواء مابين 10 و 20 غراماً في كل (1)م3 مكعب.
يحتوي الهواء الجوي على ما يقدر بحوالي 14 ألف كيلو متر مكعب في صورة بخار
ماء، وهذا القدر من المياه يزيد على عشرة أضعاف ما على الأرض من ماء في
صورة أنهار أو بحيرات عذبة. هذه الكمية الضخمة من الماء في الهواء الجوي
تظل ثابتة ولا تتناقص بسبب الأمطار وذلك لاستمرار عملية التبخير الدائم
والناتج من أشعة الشمس».
فإذا ما انخفضت درجة حرارة الجو المشبع بالبخار أو استطعنا تخفيضها إلى ما
يسمى بنقطة الندى يتحول البخار إلى ماء وهذه النقطة تختلف باختلاف تركيز
البخار ودرجة الحرارة. وللوصول إلى هذه النقطة وفصل الماء عن الهواء
الجوي، يمكن استخدام أي من الطريقتين الآتيتين:
اولاً: تبريد الهواء حتى درجة حرارة أقل من نقطة الندى، وهي تنخفض كلما
انخفضت الرطوبة النسبية للهواء الجوي. وظاهرة الندى من الظواهر الطبيعية
التي تحدث عند اخفاض درجة حرارة الجو بشكل ملحوظ، وكان، وربما، مازال سكان
المناطق الساحلية يستفيدون من تلك الظاهرة لسقيا بعض الأشجار والنباتات،
وتقوم على مايحمله الهواء معه من بخار الماء تختلف كميته باختلاف الفصول
والقرب أو البعد من البحر، فإذا ما لامس ذلك البخار الأسطح الباردة تكثف
وتحول إلى ماء كما نلاحظه على نظاراتنا عند الخروج من محل بارد في المناطق
الرطبة الحارة، أو تلك الكميات الكبيرة من المياه التي تخرج من مكيفات
الفريون نتيجة تكثف بخار الماء عند ملامسة الهواء الداخل للجسم البارد من
المكيف، وهي كميات دعت دولة الإمارات إلى دراسة أفضل الطرق لإعادة
استخدامها، أو ما نشاهده من رذاذ على أوراق النباتات في الصباحات الباردة
من أيام الربيع في أعقاب المطر حيث تزداد رطوبة الجو، ويطبق مزارعو
المناطق الساحلية شيئا مشابها لذلك، حيث يقومون بتعليق جسم صلب، يسهل
تكثيف البخار على سطحه عندما تنخفض درجة الحرارة أواخر الليل، ثم ينزل ما
يتجمع من ماء في حوض الشجرة. كما لاحظ بعض الباحثين عند زيارتهم لبعض
المناطق الصحراوية وجود بعض الصخور حول جذوع بعض الأشجار واستنتجوا أنها
تقوم بتكثيف الماء اللازم من الجو لتعيش عليه الأشجار.
ثانياً: امتصاص الماء من الهواء باستخدام بعض الأملاح أو المواد الصلبة
ذات القدرة العالية على امتصاص الرطوبة وإطلاقها، وتستخدم تلك الطريقة
أساسا لتجفيف الهواء في العديد من الصناعات، ثم يتم إعادة فصل الماء من
المادة الماصة عن طريق التسخين حتى درجة حرارة يبدأ عندها تبخر الماء
والذي يتم تكثيفه للحالة السائلة بتعريضه لسطح ابرد نسبيا عند درجة حرارة
الجو.
ومن ميزة هذا الماء، الذي يتم الحصول عليه بتلك الطرق نقاوته التامة من
جميع الأملاح، فهو كماء المطر، إلا أنه يحمل بعض ملوثات الهواء، التي يسهل
تنقيته منها.
الأبحاث العلمية
إن أبحاث تكثيف البخار من الهواء من أجل الحصول على ماء نقي بطريقة
اقتصادية وسهلة ليست جديدة، لكن شح المياه الذي يشهده العالم حاليا زاد من
الاهتمام بها ووجدت مكانها في مراكز البحوث والجامعات وأصبحت تلك الطريقة
محل عناية المهتمين بشؤون البيئة في مختلف أنحاء العالم، ومن أوائل البحوث
التي تم الحصول عليها والمتعلقة بهذا الموضوع ما تم نشره في عام 1947 في
الاتحاد السوفيتي السابق في صورة براءة اختراع للحصول على الماء من الهواء
الجوي، وكانت الفكرة ببساطة تعتمد على إمرار تيار من الهواء الجوي المحتوي
على كمية من الرطوبة في قناة مائلة مدفونة في الأرض، وحيث أن درجة حرارة
باطن الأرض تكون أقل من درجة حرارة الهواء الساخن، نتيجة لذلك تتكاثف
الرطوبة من الهواء وتجمع في هذه القنوات، وقد ورد في ما كتب حول هذه
الفكرة أن وحدة تجريبية من هذا النوع أنتجت لترا واحدا من المياه كل يوم
وذلك على مدى 27 يوماً من تشغيلها.
وفي عام 1961 نشر بحث بعنوان «مشكلة الحصول على الماء من الهواء الجوي»
وقد أجري هذا البحث في إيطاليا من جامعة باري للباحث ج، نيبيا G.Nebbia،
الذي قام باستخدام وحدة تبريد بقدرة صغيرة (حوالي 95وات) ثم تم إمرار
الهواء الجوي على المبرد في هذه الوحدة و تم تجميع الماء المتكاثف تحت
المبرد، وهذا يشبه تماما ما يتم في وحدات تكييف الهواء، وقد قام الباحث
بتكرار التجربة على فترات مختلفة خلال العام.
وبينت النتائج التي توصل إليها أن متوسط الطاقة المستهلكة لإنتاج لتر من
المياه يتراوح ما بين 1 إلى 4 كيلووات ساعة من الكهرباء، وبالطبع يمكن
الحكم على مدى الجدوى الاقتصادية من هذه الطريقة طبقا لسعر الكهرباء وهو
العنصر شبه الوحيد في التكاليف مقارنا بالبدائل الأخرى.
وفي عام 1965 نشرت دراسة نظرية حول استخدام أملاح ماصة للرطوبة مع مقطرات
تشبه تلك التي تستخدم في تحلية مياه البحر بالطاقة الشمسية، حيث يتم تدوير
محلول ملحي ماص للرطوبة بين حوض التقطير وسطح خارجي متعرج، إذ يمرر
المحلول على هذا السطح ويقوم في أثناء ذلك بامتصاص الرطوبة من الجو، بعد
ذلك وفي فترة النهار وعند سطوع الشمس يتعرض المحلول داخل الحوض لدرجة
حرارة مرتفعة ينتج عن ذلك تبخر المياه داخل المقطرة ثم تكاثفها مرة أخرى
على السطح الداخلي للغطاء الزجاجي، تتحرك المياه العذبة المتكاثفة على
السطح الداخلي للزجاج ثم تجمع في وعاء خارجي.
في عام 1968 نشر في العدد العاشر لمجلة الطاقة الشمسية Solar Energy بحث
آخر وكان امتدادا لهذه الفكرة للباحث ريموند هال من جامعة كانساس Kansas
State University وتعددت الأفكار التي نشرت ولكن معظمها كان أفكاراً تعرض
في صورة براءات اختراع، حيث نشر في عام 1971 عن طريقة لاستخلاص بعض المياه
الموجودة في سطح التربة الصحراوية وذلك في حالة انعدام تام لمصادر المياه،
والفكرة كانت تتلخص في تسخين السطح باستخدام أشعة الشمس وتكثيف المياه على
سطح مخروطي مائل، ويتم ذلك بعمل حفرة في الأرض تغطى بطبقة شفافة من
البلاستك الشفاف ثم يتم وضع حجر على منتصف الغطاء لكي يتكون الشكل
المخروطي وتجمع المياه في أي وعاء يوضع داخل الحفرة أسفل المخروط مباشرة.
أما المخترع النرويجي(Per Krumsvik)، فقد طور جهازا على شكل صندوق هرمي
معبأ بمادة السليلوز كمادة ماصة للبخار وتمتاز هذه المادة بسهولة وكبر
كميات البخارالتي تمتصها عند الدرجات المنخفضة وإطلاقها عند التسخين، ويتم
فتح الجدران الزجاجية لهذا الصندوق أثناء الليل فتمتص مادة السليلوز
البخار، وفي النهار يتم إغلاق الأبواب فتمر أشعة الشمس من خلال تلك
الجدران الزجاجية وتسخن المادة الماصة التي تقوم عند إذن بإطلاق الماء
الذي يتكثف على سطح في أعلى الهرم، وفكرة هذا الجهاز بسيطة ويمكن تجميعه
في ورش عادية، أو في المنزل، ويتراوح ارتفاع الصندوق من 4 إلى 30 مترا
وإنتاجه من 250 إلى 165000 لتر في اليوم، وتختلف الكميات المنتجة من الماء
ليس فقط تبعا لحجم الجهاز وما يحتويه من مادة، بل من مكان لآخر وموسم لآخر
حسب نسبة الرطوبة درجة الحرارة السائدتين والفرق في درجات الحرارة بين
النهار والليل.
ويستخدم الباحث الألماني الأستاذ (Raebiger) مدير معهد تقنية البيئة في
جامعة بريمن مادة من مركبات السليكا كوسيط للامتصاص وقد نسبت إليه وكالة
الأنباء الألمانية في عام 1998 قوله أنه بإمكان الجهاز، الذي طوره لكنه لم
ينشر تفاصيل كثيرة عنه، إنتاج طن من الماء لكل متر مكعب من حجم الجهاز في
أفضل الأحوال الجوية، وقد جرب هذا الجهاز في الصحراء الأفريقية.
وفيما يتعلق بالبحوث العربيةهناك بحث من جامعة الرياض بالمملكة العربية
السعودية الذي قدمه الباحث أبو الحمايل في ورشة عمل حول تحلية المياه في
عام 1981 وتناول البحث دراسة مقارنة حول البدائل المختلفة لهذا الغرض سواء
بتبريد الهواء أو باستخدام المواد الماصة لرطوبة الجو، وقد أجري هذا البحث
في أجواء مدينة الرياض ومن النتائج التي توصل إليها عند استخدامه لمحرك
يعمل بالوقود لتشغيل الوحدة أنه يمكن انتاج كميات مياه يومية تتراوح ما
بين 1250 إلى 1350 كيلوجرام يوميا وأن كل كيلوجرام من الوقود ينتج 4
كيلوجرام من الماء العذب في المتوسط، وكانت هذه الوحدة تعمل باستخدام فكرة
الامتصاص للرطوبة من الجو.
وفي الفترة من 1989 وحتى 1993 أجريت دراسة كاملة في روسيا الاتحادية حول
نفس الموضوع من خلال رسالة للدكتوراه قدمها الدكتور احمد محمد حامد
الأستاذ المساعد بكلية الهندسة جامعة المنصورة، وفي هذه الدراسة تم تناول
هذا الموضوع لمحاولة الحصول على النموذج الأمثل للبيئة العربية وكذلك
إمكانية استخدام الطاقة الشمسية للحصول على الماء من الهواء الجوي، وتم
عرض نموذجين مختلفين أحدهما يعتمد على تشغيل نظام تبريد امتصاصي باستخدام
الطاقة الشمسية واستخدامه في تشغيل وحدة تعمل على أساس تبريد الهواء
الجوي، وتتكون المحطة من:
1قناة لسحب الهواء الجوي يتحرك فيها الهواء من أعلى لأسفل طبيعيا نتيجة لزيادة كثافته بعد تبريده.
2الفرع السفلي لحركة الهواء بعد فصل الرطوبة منه.
3مبرد (مبخر) وحدة التبريد بالامتصاص.
4مولد وحدة الامتصاص.
5السخان الشمسي.
6جهاز الامتصاص.
7 خزان تجميع المياه.
تعمل دورة التبريد بالامتصاص عند سقوط أشعة الشمس على سطح السخان الشمسي
ونتيجة لذلك يتم تبريد الهواء الجوي الملامس للقناة الرأسية حتى درجة
حرارة يبدأ عندها تكاثف بخار الماء منه، بعد ذلك ونتيجة لزيادة كثافة
الهواء يتحرك لأسفل تحت تأثير وزنه وتستمر هذه العملية مع استمرار دائرة
التبريد، يتم تجميع الماء المتكاثف في وعاء خارجي كما في الشكل، والآخر
يعمل بالامتصاص باستخدام مادة ماصة للرطوبة ويعمل أيضا من خلال الطاقة
الشمسية، وقد أثبتت دراسات الجدوى التي قام بها الباحث في هذه الرسالة أن
الأنظمة التي تعمل بالامتصاص أفضل من الناحية الاقتصادية وكذلك من ناحية
الاستخدام الأمثل للطاقة.
وقد تم تطوير هذا النظام من خلال رسالة ماجستير للمهندس إبراهيم الشرقاوي
من جامعة المنصورة، وذلك خلال الفترة من عام 1997 حتى عام 2000 وكانت
نتائج هذه الدراسة مشجعة، حيث أمكن الحصول على إنتاجية مرضية في أجواء
مدينة المنصورة، حيث تم استخدام صندوق مساحته السطحية حوالي 2 متر مربع
يحتوي بداخله على طبقة من القماش ذات سطح متعرج مشربة بمحلول ملحي ماص
للرطوبة، في فترة الليل وعند انخفاض درجة حرارة الجو يتم فتح الغطاء
الزجاجي للصندوق حيث تكون الظروف ملائمة لعملية الامتصاص ويستمر ذلك طوال
فترة الليل. في بداية فترة النهار يتم غلق هذا الغطاء حيث يكون المحلول قد
تشبع بالماء، وفي فترة النهار وبسطوع الشمس تسقط الأشعة وتنفذ داخل
الصندوق الزجاجي وتقوم بتسخين القماش المشبع بالمحلول مما ينتج عنه تبخر
المياه من المحلول وتكثفها على السطح الداخلي للغطاء الزجاجي حيث يتم
تجميعها في مجمع خارجي من خلال فتحة خاصة بذلك، في نهاية فترة النهار يكون
المحلول الملحي قد فقد معظم المياه وأصبح مركزا مرة أخرى لامتصاص المياه
من الجو، حيث تبدأ دورة ثانية من الامتصاص في فترة الليل وهكذا.
التطبيقات التجارية
قام مخترعون ومستثمرون بتطوير منتجات مختلفة، ويستطيع المهتم البحث عنها
والتعرف عليها في شبكة الإنترنت، مثال ذلك شركة تعرض عبر موقعها
Vapaire.Com آلة تشبه في عملها من حيث المبدأ مكيف الفريون، وعيبها حاجتها
للصيانة وربما التكلفة العالية، مع أن الشركة الصانعة تقول إن الماء
المنتج بواسطتها تقل تكلفته كثيرا عن المياه الصحية التجارية، وتنتج تلك
الآلة ما بين 20 إلى60لترا في اليوم بقيمة 5000 ريال، وتقول إن تكلفة
اللتر الواحد لا تزيد على 25 هللة، لكن الحل الأكثر إثارة هو ماتطرحه شركة
Skywell Water System الأمريكية، وتعرض هذه الشركة تصنيع عدة نماذج من
المعدات يتراوح إنتاجها من 8000 إلى 1000000 لترا في اليوم، وتتراوح
تكلفتها ما بين عشرة آلاف ومليون ريال، وتقول إن تكلفة الماء النقي الناتج
لا يزيد على ريال واحد لكل100 طن، وتعمل المعدات على الطاقة
الكهرومغناطيسية مستفيدة من الأبحاث التي طورتها وكالة الفضاء الأمريكية.
ويعرض العالمان الروسيان «بروفيسور بريل شتاين» و «تيتوفا» آلات مشابهة
تتيح مابين 25 لتراً و 25 طناً ويحتاج انتاج كل لتر واحد من الماء مابين 5
و (1) كيلووات من الكهرباء، ويمكن استخدام الطاقة الشمسية لتشغيلها.
المستقبل
إن القدرة على سحب تلك الكميات الكبيرة من الماء وبهذه التكاليف المتدنية
سيحدث ثورة هائلة وتغييرا جذريا في أساليب الحصول على المياه النقية
وطريقة توزيعها، وسيفتح آفاقا جديدة للزراعة والقضاء على التصحر، لكن حجم
البحوث التي أجريت لمعالجة هذه المشكلة في الدول الأكثر حاجة للماء ومنها
المملكة مازال متواضعا مقارنا بالإمكانات والحاجة والعائد المحتمل من هذا
المصدرالجديد والوفير، وخاصة إذا ما استخدمت الطاقة الشمسية أو الطاقة
الكهر ومغناطيسية.
إن أبحاث الدول الغربية في هذا الإطار محدودة جدا لسبب واضح وهو أن المياه لاتمثل مشكلة بالنسبة لها.
والآن وقد أصبح للمياه وزارة مستقلة ووزير جديد فلعلها تكون أكثر حماسا،
لتطوير تلك الطرق غير التقليدية في توفير المياه العذبة، وربما كان
استخراج الماء من الهواء بالطرق المختلفة من أهم تلك الطرق الحديثة وقد
يصبح أجدى وأوفر من غيره، كما أن من المؤمل فصل ما يخص المياه من أنشطة من
كليات الزراعة في الجامعات وإيجاد كليات للمياه تعنى بالبحوث الخاصة
بتوفيره وترشيد استهلاكه.
الخاتمة
لا نستطيع في تغطية موجزة الإحاطة بما تم إنجازه من بحوث وغيرها، ولكن
الهدف هو تقريب هذا الموضوع الحيوي من اهتمام الناس وربما دفع ذلك البعض
منهم إلى تطوير أجهزة مماثلة فالحاجة أم الاختراع، ومن أكثر منا حاجة
للماء؟، فإذا كان ينظر اليوم إلى شح المياه كسبب من أسباب الحروب المقبلة
فإن سكان المناطق الصحراوية والمملكة العربية السعودية بشكل خاص يدركون
أكثر من غيرهم ماذا يعني نقص المياه وتخبرهم كتب التاريخ كم من النزاعات
والحروب القبلية قامت بين أجدادهم بسببه.