دراسة تدحض أسطورة التكلفة المرتفعة لتحلية مياه البحر

لسنوات، قيل لنا أن تحلية المياه تستهلك طاقة كبيرة ومكلفة للغاية للاستخدام على نطاق واسع. ومع ذلك، زعم إيلون ماسك مرارًا وتكرارًا أن التكاليف "منخفضة بشكل جنوني". أي منظور أقرب إلى الواقع؟ يحلل هذا التحليل متطلبات الطاقة الحقيقية وتكاليف تحلية مياه البحر، ويكشف عن إمكاناتها لمعالجة ندرة المياه العالمية.

يركز هذا الفحص على وجه التحديد على استهلاك الطاقة والجدوى الاقتصادية لتحلية المياه، مع إبعاد المخاوف البيئية الهامة ولكن المنفصلة مثل التخلص من المحلول الملحي. يتيح هذا النهج المركّز فهمًا أوضح لهيكل التكلفة الأساسي لتحلية المياه.

لفهم التأثير الاقتصادي لتحلية المياه بشكل أفضل، سنستكشف مواقف افتراضية متطرفة - مثل توفير كل مياه المنازل في الولايات المتحدة من خلال تحلية المياه أو توفير مياه الشرب لجميع سكان العالم. على الرغم من أنها غير واقعية، إلا أن هذه السيناريوهات تساعد في تحديد نطاق تكلفة تحلية المياه.

تستخدم تحلية المياه الحديثة في المقام الأول طريقتين:

• التحلية الحرارية: تسخن مياه البحر لتبخير وفصل المياه عن الأملاح، ثم تكثف البخار إلى مياه عذبة مع تصريف المحلول الملحي المركز.
• التناضح العكسي: يجبر مياه البحر على المرور عبر أغشية شبه منفذة تحت الضغط، مما يؤدي إلى تصفية الأملاح والشوائب لإنتاج مياه عذبة.

في حين أن كلا الطريقتين تعملان، تستهلك التحلية الحرارية طاقة أكثر بـ 3-5 مرات من التناضح العكسي. ونتيجة لذلك، تستخدم معظم المصانع الحديثة تقنية التناضح العكسي، والتي تشكل أساس تحليلنا.

حققت تقنية التناضح العكسي تحسينات ملحوظة في الكفاءة. في السبعينيات، تطلبت تحلية متر مكعب واحد من المياه حوالي 20 كيلو واط ساعة من الكهرباء. اليوم، انخفض هذا الرقم إلى 2.5-3.5 كيلو واط ساعة. يبلغ الحد الأدنى النظري لمتطلبات الطاقة 1 كيلو واط ساعة/متر مكعب، مما يشير إلى إمكانية تحقيق مزيد من التقدم.

لحساباتنا، سنستخدم 3.5 كيلو واط ساعة/متر مكعب كأساس متحفظ - تعمل بعض المصانع بالفعل دون هذا الحد.

إذا تلقت جميع المنازل في الولايات المتحدة مياهها من خلال تحلية المياه، فكيف سيؤثر ذلك على الطلب على الكهرباء؟

مع متوسط استهلاك المياه المنزلية عند 1135 لترًا يوميًا، فإن التحلية الكاملة ستزيد الطلب السكني على الكهرباء بنحو 13٪. في المملكة المتحدة، حيث تستخدم الأسر مياهًا أقل (349 لترًا/يومًا) ولكنها تواجه أسعار كهرباء أعلى، ستكون الزيادة حوالي 15٪.

يكشف فحص استهلاك الكهرباء المنزلية في الولايات المتحدة أن المتطلبات السنوية لتحلية المياه (1450 كيلو واط ساعة) تقارن بالأجهزة الرئيسية مثل مزيلات الرطوبة، وتبقى أقل بكثير من سخانات المياه أو أنظمة التدفئة أو استخدام تكييف الهواء.

في حين أن 1450 كيلو واط ساعة سنويًا قد تكون قابلة للإدارة للدول الغنية، فإن هذا يتجاوز إجمالي استهلاك الكهرباء للعديد من الأسر في العالم النامي. حتى تلبية الحد الأدنى لمعيار المياه لمنظمة الصحة العالمية (50 لترًا/شخصًا/يومًا) من خلال تحلية المياه سيتطلب 64 كيلو واط ساعة سنويًا - أي ما يعادل استهلاك الكهرباء للفرد في ملاوي.

يسلط هذا التباين الضوء على فقر الطاقة العالمي أكثر من متطلبات الطاقة المتأصلة في تحلية المياه.

بالنظر إلى أن البشر يحتاجون فقط إلى حوالي 3 لترات يوميًا للشرب (مع السماح ببعض الهدر)، فإن توفير المياه لجميع 8 مليارات شخص سيتطلب 31 تيراواط ساعة سنويًا - أي 0.1٪ فقط من إنتاج الكهرباء العالمي. حتى لو واجه ثلث البشرية نقصًا في مياه الشرب، فإن المتطلبات السنوية ستكون حوالي 10 تيراواط ساعة.

إن تلبية معيار المياه الأساسي الكامل لمنظمة الصحة العالمية (50 لترًا/شخصًا/يومًا) على مستوى العالم سيتطلب 511 تيراواط ساعة سنويًا - أي حوالي 1.7٪ من توليد الكهرباء في جميع أنحاء العالم.

بالإضافة إلى نفقات الطاقة، تتطلب تحلية المياه على نطاق واسع استثمارًا رأسماليًا كبيرًا - غالبًا ما يكون أكبر عائق للعديد من الدول، على غرار مشاريع الطاقة المتجددة حيث تفوق التكاليف الأولية القدرة على تحمل التكاليف على المدى الطويل.

تتراوح تكاليف تحلية المياه العالمية الحالية عادةً من 1 إلى 2.5 دولار أمريكي لكل متر مكعب، على الرغم من أن الحالات الاستثنائية مثل محطة سوريك ب في إسرائيل تحقق 0.41 دولار أمريكي/متر مكعب، مع تحديد دراسة واحدة لـ 107 محطات 0.27 دولار أمريكي/متر مكعب كأقل تكلفة.

بأسعار الكهرباء الصناعية في الولايات المتحدة (~0.09 دولار أمريكي/كيلو واط ساعة)، ستكون تكلفة الطاقة وحدها لتحلية المياه 0.45 دولار أمريكي/متر مكعب (3.5 كيلو واط ساعة × 0.13 دولار أمريكي/كيلو واط ساعة). في المناطق ذات التكلفة المرتفعة مثل كاليفورنيا، يمكن أن يصل هذا إلى 0.90 دولار أمريكي/متر مكعب. نظرًا لأن الطاقة تشكل عادةً ثلث التكاليف الإجمالية، فقد تصل التكاليف الكاملة إلى 1.50-2.00 دولار أمريكي/متر مكعب في الأسواق باهظة الثمن.

الترجمة إلى المصروفات الشخصية:

• متوسط الولايات المتحدة (310 لترات/يوم): 154 دولارًا أمريكيًا سنويًا
• متوسط المملكة المتحدة: 159 دولارًا أمريكيًا سنويًا
• الحد الأدنى القياسي لمنظمة الصحة العالمية: 38 دولارًا أمريكيًا سنويًا
• الاحتياجات الأساسية لمياه الشرب: 2.30 دولارًا أمريكيًا فقط سنويًا - أقل من تكاليف المياه المعبأة في العديد من البلدان

في حالات الأزمات، هذه التكاليف منخفضة بشكل ملحوظ بالفعل. ومع ذلك، لا يزال 38 دولارًا أمريكيًا سنويًا يمثل عبئًا على أولئك الذين يعيشون على 2 دولار أمريكي/يوم - وهو ما يمثل أكثر من أسبوعين من الدخل.

تمثل الزراعة أكبر تحدٍ لتحلية المياه، حيث تستهلك 70٪ من المياه العذبة العالمية (تتجاوز 90٪ في بعض الدول الاستوائية). إن استبدال حتى المياه الزراعية الجزئية سيزيد الطلب على الكهرباء في العديد من البلدان بنسبة 50-100٪، مما يجعل التكنولوجيا الحالية غير عملية للاستخدام الزراعي على نطاق واسع.

إنتاج 1 كجم من القمح بالمياه المحلاة سيكلف 0.66 دولارًا أمريكيًا في المياه وحدها - أي ثلاثة أضعاف سعر السوق للقمح. بالنسبة للذرة، ستعادل تكاليف المياه قيمة المحصول. قد تبرر المحاصيل ذات القيمة العالية أو الأنظمة الموفرة للمياه (مثل الزراعة الداخلية) تحلية المياه للزراعة حاليًا فقط.