طوَّر معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة، التابع لجامعة حمد بن خليفة، محطة تجريبية لتحلية مياه البحر أظهرت كفاءة أعلى من التكنولوجيا التقليدية، سواء في استعادة الطاقة لتقليل استهلاك الطاقة الحرارية وفعالية التكلفة. وقد طور المعهد وأنشأ المحطة التجريبية للتقطير متعددة التأثيرات في مدينة دُخان، في إطار اتفاقية تعاون مدتها 20 عامًا مع المؤسسة العامة القطرية للكهرباء والماء.

وتتمتع المحطة التجريبية، التي صممها وطورها مركز المياه التابع للمعهد، بطاقة إنتاج اسمية تتراوح من 25 إلى حوالي 50 متر مكعب في اليوم. وبفضل الأبحاث المكثفة والتكنولوجيا المتقدمة التي طورها المعهد على مدار السنوات الثلاث الماضية، يقدر الفريق البحثى أن المحطة التجريبية الجديدة سوف تحتاج إلى 4.5 كيلو واط في الساعة فقط للمتر المكعب من المياه لتحلية مياه البحر عالية التركيز (57,000 جزء في المليون) في ساحل دخان، غرب قطر. ويمثل ذلك توفيرًا ضخمًا للطاقة مقارنة بتكنولوجيا تحلية مياه البحر الحرارية التقليدية مثل التقطير السريع متعدد المراحل، الذي يمكن أن يتطلب حتى 12  كيلو واط في الساعة للمتر المكعب. ولا تتمتع التكنولوجيا المنافسة التي تعتمد على الأغشية، والتناضح العكسي، والتي تتميز باستهلاك مماثل للطاقة، بنفس الفعالية وتعاني من مشاكل تشغيل وتلوث في مثل هذه المستويات من الملوحة العالية لمياه البحر. وللمقارنة، يبلغ مستوى الملوحة على الساحل الشرقي لدولة قطر 43,000 جزء في المليون، بينما يصل إلى 35,000 جزء في المليون بمنطقة البحر الأبيض المتوسط. وقد أظهرت المحطة التجريبية استهلاكًا أقل لبخار التسخين بنسبة 40٪، وطاقة ضخ أقل بنسبة 55٪ مقارنة بالمحطات الحالية التي تستخدم تكنولوجيا التقطير التقليدية متعددة التأثيرات بضغط البخار الحراري المستخدمة في محطة راس لفان. وبالتالي، ستكون تكلفة تحلية المياه للوحدة أقل بنسبة 30٪ من تكلفة تكنولوجيا التقطير التقليدية عند النظر بعين الاعتبار إلى تكاليف التشغيل والنفقات المالية. 

وتتميز المحطة التجريبية المتقدمة التي تعمل بتكنولوجيا التقطير متعددة التأثيرات بالعديد من الميزات الفريدة، حيث تقل الحاجة في هذه المحطة إلى بخار التسخين الخارجي عبر الاعتماد على نظام جديد لضغط بخار الامتصاص الفعال للسماح بإعادة استخدام البخار الناتج في المرحله  الأخير. وبناءً على ذلك، فقد تم التخلص من مكثف طرد الحرارة، وهو ما يقلل بدوره من كمية مياه البحر التي تخضع للمعالجة وتصريف معدل تدفق المحلول الملحي مقارنة بمحطات تحلية المياه التقليدية. وبالتالي، يقل الأثر البيئي لإلقاء كميات هائلة من الطاقة الحرارية في البحر، وهو ما قد يؤثر على الحياة البحرية. ولا يوفر هذا  الابتكار فقط  استهلاك الطاقة ، بل سيقلل أيضًا من استثمار رأس مال المحطة، والتي تصرف على  الإنشاءات المدنية لكمية المياه المعالجة والمصرفة وتكلفة البناء.

وتتمثل إحدى الميزات الفنية للتصميم الداخلى للمبخر في كيفية تصميم حزمة أنابيب المبخر بحيث توفر مسارًا جديدًا للبخار للتخلص من الحاجة إلى مزيل قطرات الملح العالقة مع البخار التقليدي، وهو ما يؤدي إلى تقليل المساحة المطلوبة لبناء المحطة بنسبة 65٪. كما توفر صينية توزيع مياه البحر على حزمة الأنبوب بشكل منتظم لضمان البلل لكل الأنابيب في المبخر.

ويتضمن التصميم المحسّن أيضًا على مخلخل للضغط عبر ضخ المياه  للتخلص من الغازات غير القابلة للتكثيف، التي تميل إلى التأثير سلبًا على أداء محطة تحلية المياه التقليدية. ويُظهر تصميم المبخر الجديد، الذي يعتمد على تكنولوجيا التقطير متعددة التأثيرات ذات درجة الحرارة المنخفضة، حلاً واعدا للاستخدام الصناعي في المنتجات الثانوية عالية الملوحة وتحلية المياه بالطاقة الشمسية.

وتحدث الدكتور عبد الناصر مبروك، عالم أول في معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة وقائد مشروع المحطة التجريبية، عن رحلته مع هذه المحطة فقال: "بدأ المشروع بنموذج ثلاثي الأبعاد صغير، وعملنا مع فريقنا للوصول إلى مرحلة إطلاق المحطة التجريبية. لقد كانت بالتأكيد رحلة طويلة ولكنها مجدية، بداية من إعداد التصميم الميكانيكي إلى البحث عن المواد وشرائها، وصولاً في النهاية إلى تصنيع المحطة في الخارج. وبمجرد أن أصبحت المحطة التجريبية جاهزةً، تم شحنها وتركيبها في دُخان. وقد زودتنا المؤسسة العامة القطرية للكهرباء والماء بالمساحة والمتطلبات التشغيلية الأخرى مثل الكهرباء ومياه الخدمة والوصول الكامل إلى مياه البحر ومرافق تصريف المياه المالحة." 

من جانبها، قالت الدكتورة جيني لولر، مدير أول بمركز أبحاث المياه في معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة: "يفخر برنامج تحلية المياه في مركز أبحاث المياه بالتقدم الذي تحقق في التخفيض الكبير لاستهلاك الطاقة باستخدام تكنولوجيا تحلية المياه متعددة التأثيرات الفعالة من حيث الامتصاص. وتبشر المشاركة الناجحة مع الجهات المعنية الوطنية الرئيسية، مثل المؤسسة العامة القطرية للكهرباء والماء، فضلاً عن التعاون مع الجهات الأكاديمية والصناعية الوطنية والدولية، بتطوير تكنولوجيا متقدمة للتقطير متعددة التأثيرات باعتباره حلاً محتملاً لتقليل استهلاك الطاقة وتكلفة وحدة المياه، مما يُظهر التزام معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة بالبحث والتطوير المدفوع بمتطلبات السوق.

بدوره، أوضح الدكتور مارك فيرميرش، المدير التنفيذي لمعهد قطر لبحوث البيئة والطاقة، أن المعهد ملتزم بدعم دولة قطر في مواجهة تحدياتها الكبرى في مجالات الطاقة والمياه والبيئة عبر توفير حلول محلية مناسبة للظروف السائدة في قطر، حيث قال: "تُعدُ هذه المحطة التجريبية مثالاً حقيقيًا للعمل الذي نقوم به في معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة، وتؤكد على أهمية الشراكات والتعاون مع الجهات المعنية الوطنية. ونحن ممتنون للمؤسسة العامة القطرية للكهرباء والماء لدعمها المتواصل."

وأضاف: "يعتمد الأمن المائي لدولة قطر على مواءمة الابتكارات مع احتياجات القطاع الصناعي. ونحن، في معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة، نركز على التصدي للتحديات الحقيقية التي تواجه محطات التحلية الحالية على المدى القصير، مع الاستمرار في تطوير التكنولوجيا المستجدة مثل التقطير بالأغشية والتناضح الأمامي وتطوير التناضح العكسي واستكشاف تقنيات التهجين. ويعزز عرض الابتكارات المطورة وطنيًا على نطاق تجريبي وتأمين حماية براءات الاختراع وضع الملكية الفكرية في قطر ويدعم مكانة الاقتصاد القطري باعتباره اقتصادًا قائمًا على المعرفة."

وتجدر الإشارة إلى أن تكنولوجيا تحلية المياه متعددة التأثيرات الفعالة من حيث الامتصاص جاهزة للتطوير ومتاحة لاتفاقيات الترخيص وتطوير الأعمال. ويمكن إرسال طلبات التعاون إلى qeeri-bd@hbku.edu.qa.

للمزيد من المعلومات عن معهد قطر لبحوث البيئة والطاقة، يُرجى زيارة: www.qeeri.org.qa