الطاقة الشمسية و دورها في  تقليل البصمة المائية

                       ” الطاقة الشمسية و دورها في  تقليل البصمة المائية “

   بقلم / م . ريهام عادل كمال                                    مهندسة كيميائية

غالباً ما يتم التغاضي عن استخدام المياه الهائل للشبكات الكهربائية التي تعمل بالوقود الأحفوري .

   حوّل الباحثون انتباههم بالفعل الي الخلايا الشمسية :

وفقاً لدراسة حديثة أجراها مكتب تقنيات الطاقة الشمسية التابع لوزارة الطاقة الأمريكية والمختبر الوطني للطاقة المتجددة ، يمكن أن تمثل الطاقة الشمسية ما يصل إلى 40 ٪ من إمدادات الكهرباء في البلاد 2035 و 45 ٪ 2050 ، في انتظار تخفيضات كبيرة في التكاليف ، داعمة السياسات والكهرباء على نطاق واسع .

ان الخلايا الشمسية لا توفر فقط انبعاثات الكربون المسببة لظاهرة الاحتباس الحراري ، ولكنها توفر أيضًا كمية كبيرة من المياه. حيث ان استخدام الطاقة مرتبط بشدة بأستهلاك المياة ، لأنه بدون الماء لا يمكننا التعدين أو الحفر أو التكسير أو تبريد المحطات الكهروحرارية والنووية.

أثبتت الدراسات  أن منزلًا ما قد يوفر في المتوسط 16200 جالوناً من المياه سنوياً بتركيب الطاقة الشمسية على الأسطح.

وتم ذلك بالفعل  في بعض الولايات ، مثل كاليفورنيا ، يمكن أن يزيد هذا التوفير إلى 53000 جالون ، وهو ما يعادل 60 % من متوسط استخدام المياه المنزلية في الولايات المتحدة.

استخدام الطاقة مرتبط بشدة باستهلاك المياه:

حيث يستهلك إنتاج الطاقة الكهربائية في الولايات المتحدة نفس القدر من المياه التي يستهلكها القطاع الزراعي. لكن هذا الرقم لا يشمل المياه الإضافية المستخدمة لإنتاج الوقود الأحفوري في المقام الأول ، ولا لإدارة نفايات رماد الفحم.

لتوليد الكهرباء للشبكة ، نحتاج إلى استخراج الفحم وحرقه ، والتكسير ، وضخ الغاز الطبيعي ، وتبريد المحطات النووية ، وكلها تنطوي على كميات كبيرة من المياه التي  تفُقد باستمرار”.

“و مع ذلك ، بالنسبة للخلية الشمسية ، فإن هذا استهلاك لمرة واحدة لكمية أقل بكثير من المياه

للتصنيع.” “وبعد ذلك ، بمجرد تثبيته ، لم يعد هناك أي استخدام للمياه ناتج عن ذلك خلال الـ 25 عامًا القادمة من الاستخدام المتوقع .”

حالياً ، يتم تصنيع أكثر من 70% من الألواح الشمسية في العالم في الصين ، وبالتالي فإن استهلاك المياه لتوليد الطاقة الشمسية يحدث في الخارج

إنه لفهم تأثيرات المياه الأوسع من إنتاج الألواح الشمسية ، من الضروري النظر إلى سلسلة التوريد بأكملها في جميع أنحاء العالم.

هل تتسبب الخلايا الشمسية في أضرار للبيئة:

“من وجهة نظر التلوث ، تمتلك الخلايا الشمسية إمكانات هائلة للتسبب في أضرار بيئية.” ” لأنها تحتوي على معادن ثقيلة ، بعضها شديد السمية ، وبالتالي يمكن أن يكون لها تأثير على البيئة المباشرة التي يحدث فيها التصنيع.لكن بعد ذلك ، يصبح استهلاك المياه من الطاقة الشمسية صفرًا.

حاولت الدراسات السابقة تقييم كمية استخدام المياه لمراحل مختلفة من إنتاج الطاقة ، وعادة ما يتم التعبير عنها بحجم الماء إلى طاقة معينة مثل لتر أو جالون  ، حسب الدراسة الجديدة وجدوا ان استخدام المياه الافتراضي للمنازل الفردية في 48 ولاية في جميع أنحاء الولايات المتحدة تبلغ 2.6 تريليون جالون.  

 الطاقة الشمسية في المنازل:

يؤدي التحويل إلى الطاقة الشمسية في المنازل إلى تقليل استخدام شبكة الكهرباء وبالتالي تقليل حجم المياه

أيضًا. حيث وجد ان في بعض الولايات ، كما هو الحال في جنوب غرب الولايات المتحدة ، يمكن أن يصل  توفير المياه المنزلي الفردي إلى ما يصل إلى 1000 %  عند تركيب الطاقة الشمسية على الأسطح.

أثناء الإغلاق الوبائي ، قرر الباحثون إضافة ألواح شمسية إلى المنزل الذي يتشاركون فيه. بينما كان الدافع  الرئيسي في البداية هو توفير انبعاثات الكربون ، بعد فترة أدركوا أنه يمكن توفير المياه أيضًا.

 “لذا فإن هذا المقال هو في الحقيقة نتاج الرغبة في إزالة الكربون من حياتنا الشخصية.”

اليوم ، تمثل الخلايا الشمسية الكهروضوئية حوالي 1.5% من إمدادات الكهرباء في البلاد. وهذا يمثل توفيرًا قدره 99 مليار جالون من المياه سنوياً ، حسب تقديرات الباحثين ، وهو ما يعادل حوالي أربعة أيام من إجمالي استخدام المياه في كاليفورنيا. ولكن مع نمو النسبة المئوية للطاقة الشمسية ، تزداد المدخرات  أيضًا.

يرجع  استهلاك المياه للطاقة حسب الولاية ، نظرًا لأن كل ولاية تستخدم مصادر طاقة مختلفة لتوليد الكهرباء ولها أنماط استخدام مختلفة وعدد المنازل بها .

حيث اثبتت الدرسات مؤخراّ ان ولايات  )new England states ( على سبيل المثال ، تظهر انتصارات ضخمة للتحول إلى الطاقة الشمسية لأنها لا تستخدم الكثير من الكهرباء لتكييف الهواء وتميل إلى تدفئة منازلهم بالزيت وليس بالكهرباء.

إن استخدام المياه ليس سوى جزء من اللغز. يؤدي تلوث موارد المياه بسبب تعدين الفحم والتكسير والتخلص من رماد الفحم إلى تقليل توافر المياه ، وبالتالي ، فإن البصمة المائية الناتجة عن استخراج الوقود الأحفوري أكبر بكثير مما نعتقد.

“إن المهم هو تقييم التكلفة الإجمالية لأي تقنية. “نحن بحاجة إلى التحرك نحو مصادر الطاقة المتجددة والطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، ولكن عند القيام بذلك ، علينا أن ندرك أنه بالنسبة لأي شكل من أشكال البنية التحتية للطاقة ، حتى لو كانت مصادر متجددة ، فقد تكون هناك بعض التكاليف عندما يتعلق الأمر بالمياه .على المرء أن يفكر في تقليل البصمة المائية لأي شكل من أشكال إنتاج الطاقة.”

الموضوع القادم/   نظام الحصاد الشمسي يمهد الطريق لاستخدام الطاقة الشمسية علي مدار الساعه طوال أيام الاسبوع.

المراجع:

.1 Materials provided by Duke University. Original written by Karl Leif Bates.

.2 Avner Vengosh, Erika Weinthal. The water consumption reductions from home solar installation in the United States. Science of The Total Environment, 2023; 854: 158738 DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.158738

.3 Materials provided by University of Houston. Original written by Laurie Fickman. Note: Content may be edited for style and length.

.4 Sina Jafari Ghalekohneh, Bo Zhao. Nonreciprocal Solar Thermophotovoltaics. Physical Review Applied, 2022; 18 (3) DOI: 10.1103/PhysRevApplied.18.034083