نقطة أخبار العلوم حان الوقت لبدء اعتماد مياه الصرف الصحي كمصدر في صناعة النفط

حان الوقت لبدء اعتماد مياه الصرف الصحي كمصدر في صناعة النفط

تتعامل صناعة النفط مع الماء أكثر من النفط، ويستخدم مصطلح ” المياه المنتجة” لوصف تلك التي يتم إعدادها كمنتج ثانوي أثناء استخراج النفط والغاز الطبيعي. يتم إنتاج ما متوسطه من ثلاثة إلى خمسة براميل من الماء لكل برميل من النفط، ويزداد هذا العدد مع تقادم آبار النفط ويمكن أن يصل إلى عشرة.

يقول الدكتور سامر أدهم، مدير المركز العالمي لاستدامة المياه، التابع لشركة كونوكو فيليبس، ومقرها واحة قطر للعلوم والتكنولوجيا التابعة لمؤسسة قطر:” نظرًا لأن التقادم أمر لا مفر منه، فمن المتوقع أن تزداد كمية المياه المنتجة فقط. مع أخذ ذلك في الاعتبار، نحاول اتباع نهج مختلف فبدلًا من محاولة إيجاد طرق جديدة للتخلص من هذه المياه المنتجة، فإننا ننظر إليها على أنها مورد وليست مصدر للمشكلة، حيث أننا وعلى مدى السنوات الماضية، كنا نقوم باستكشاف إمكانية توليد الطاقة باستخدام هذه المياه”.

في مشروع مبتكر ممول من الصندوق القطري لرعاية البحث العلمي، عضو مؤسسة قطر، عمل علماء من مركز كونوكو فيليبس لاستدامة المياه. وجامعة تكساس إي أند أم في قطر وهي جامعة شريكة لمؤسسة قطر،  وجامعة سيدني للتكنولوجيا، معًا لاستخدام المياه المنتجة من أجل توليد ما يسمى “الطاقة الزرقاء”، والتي تسمى أحيانًا أيضًا الطاقة الإسموزية، أو تلك التي تتمتع بقوة تدريجية في الملوحة. وهذا يعتمد على ظاهرة التناضح، وهي حركة جزيئات الماء من منطقة ذات تركيز منخفض إلى منطقة ذات تركيز عالي، من خلال غشاء شبه منفذ.

سامر أدهم

تسمى التكنولوجيا التي نتبعها بالضغط الإسموزي أو الضغط التنافدي، بعبارة أبسط، تخيل أن لديك محلولين من الماء، أحدهما يحتوي على نسبة عالية من الملح والآخر به القليل من الملح أو بدون ملح. إذا تم وضع هذين المحلولين جنبًا إلى جنب، مع وجود غشاء رقيق شبه منفذ بينهما مما يعني أنه يسمح فقط لجزيئات الماء بالمرور وليس أيونات الملح، فإن جزيئات الماء ستنتقل من الجانب ذي الملوحة المنخفضة إلى الجانب ذي الملوحة العالية. ستؤدي حركة جزيئات الماء عبر الغشاء إلى زيادة الضغط الذي يمكن استخدامه في النهاية لتشغيل التوربينات وتوليد الطاقة.

يقول الدكتور أدهم: “يتمثل التحدي الذي تواجهه المياه المنتجة في تركيبته المعقدة، بالإضافة إلى كونه شديد الملوحة، فهو يتكون أيضًا من زيت  مبدد، وهيدروكربونات، ومواد صلبة معلقة. تركيبها المعقد يعني أن معالجة هذه المياه لاستخدامها في الري أو ما شابه غير ممكنة، إذ يعاد حقن هذه المياه عادة في آبار للتخلص منها حتى يمكنها المساعدة في الحفاظ على ضغط الخزان وتعزيز استخلاص النفط من خلال إغراق المياه “.

أكثر ما يعيق إعادة استخدامها ملوحتها العالية، إلا أنها أيضًا ما يمنحها القدرة على توليد الطاقة الزرقاء. نظرًا لأن كمية الطاقة المولدة تعتمد على الفرق في الملوحة، الذي يعني المزيد من الطاقة المنتجة. هذا بالضبط ما تحاول المجموعة البحثية القيام به.

يوضح الدكتور أدهم: “في معظم الدراسات السابقة لإنتاج الطاقة باستخدام الضغط التنافدي، تم استخدام المياه منخفضة الملوحة مثل المياه العذبة أو مياه الصرف الصحي المعالجة كمحلول تغذية، مع مياه البحر أو محلول ملحي مردود من محطات تحلية مياه البحر المستخدمة كمحلول لسحب الملوحة. يهدف مشروعنا إلى اعتماد مياه البحر أو المحلول الملحي من محطات التحلية كحل تغذية، والمياه المنتجة شديدة الملوحة كحل لسحب الملوحة. يمكن أن يكون الماء الناتج عن الملوحة العالية أعلى بثماني مرات من مياه البحر، وهذا يزيد بشكل كبير من الفرق في الضغط الاسموزي ويمكن أن يكون المفتاح لتحسين الكفاءة”.

الفريق البحثي

بالطبع، استخدام المياه المنتجة يواجه تحديات عدة، التحدي الأول هو المعالجة المسبقة للمياه المنتجة قبل استخدامها حيث يمكن لمكوناتها أن تسد مسام الغشاء بسرعة وتقلل من كفاءته بشكل كبير. التحدي الثاني هو أنه بسبب التدرج الأعلى في الملوحة، فإن الضغط الأسموزي الذي سينجم عنه أعلى بكثير من الأغشية المستخدمة حاليًا والتي تكون قادرة على الصمود.

يقول دارين دردر، مهندس كيميائي في مركز كونوكو فيليبس العالمي لاستدامة المياه: “نعمل في المركز على إيجاد طريقة معالجة أولية أكثر كفاءة في استخدام الطاقة. إذا كانت المعالجة المسبقة أكثر كثافة من اللازم، فإنها تكلف المزيد من الطاقة مما يقلل من الكفاءة الكلية للعملية”.

يعمل المتعاونون في سيدني على تطوير أغشية جديدة وأقوى للضغط التنافدي يتم معالجتها كيميائيًا أو تعزيزها بالمواد النانوية.

يقول الدكتور أحمد عبد الوهاب، الباحث الرئيسي في المشروع وأستاذ الهندسة الكيميائية في جامعة تكساس إي أند أم في قطر:” نقوم في الجامعة بتطوير نموذج يمكنه التنبؤ بأداء المختبر والأداء الشامل للمحترفين بهدف المساعدة في تحسين ظروف التشغيل والتكاليف”.

يضيف: “في حين أن هذه التكنولوجيا واعدة ونعتقد أن لديها القدرة على العمل بالطريقة التي نتوقعها، فمن المهم أن نضع في اعتبارنا حقيقة أن تطوير المرحلة المبكرة مليء بالعقبات. تستغرق التقنيات الجديدة وقتًا وجهدًا كبيرًا لتطويرها، وهذا ليس تقصيرًا في التكنولوجيا، بل هو مجرد ثغرة في المرحلة التي تمر بها. كفريق، نحن ممتنون جدًا للصندوق القطري لرعاية البحث العلمي على دعمهم الذي سمح لنا بالبحث واستكشاف تقنيات جديدة من أجل مستقبل أفضل وأكثر اخضرارًا”.