برق عنصری حیاتی برای عملکرد خوب بخش آب
محمدابراهیم رئیسی
پژوهشگر اقتصاد آب و انرژی
از سال 1992 روز 22 مارس مصادف با سوم فروردین به عنوان روزجهانی آب نامگذاری شد. این نامگذاری توسط سازمان ملل و در جریان بیست و یکمین کنفرانس سازمان ملل متحد در زمینه محیط زیست و توسعه (اجلاس زمین) در شهر ریودوژانیروی برزیل انجام شد.
در این روز، با هدف جلب توجه به اهمیت مدیریت پایدار آب فعالیت‌هایی توسط یونیسف و نهادهای غیردولتی جهت آگاهی‌رسانی و آموزش عمومی در خصوص اهمیت حفظ منابع آبی به خصوص آب شیرین و نقش آن در آینده جوامع ساکن در کره زمین برای سال پیشرو تعریف می‌شود.
این فعالیت‌ها متناسب با شعار تعیین شده در آن سال برروی یک موضوع مرتبط با آب متمرکز هستند. گزارش توسعه جهانی آب سازمان ملل متحد نیز هرساله با این موضوع منتشر می‌شود. شعار تعیین شده امسال «آب برای صلح» است که بر نقش حیاتی دسترسی به آب در ثبات سیاسی و رفاه انسانی تأکید می‌کند.
در حال حاضر، 2 میلیارد نفر آب آشامیدنی سالم ندارند و حدود دو سوم جمعیت جهان هر سال حداقل یک ماه با کمبود آب مواجه هستند. کمبود آب احتمالاً در بسیاری از مناطق به دلیل تغییرات آب‌وهوایی و افزایش تقاضای آب، ناشی از رشد جمعیت و توسعه اقتصادی افزایش می‌یابد.
اما آنچه در این مطلب به بهانه روز جهانی آب به آن پرداخته می‌شود، رابطه عمیق آب و برق و تأثیر برق بر عملکرد خوب بخش آب است. آب و برق دو منبع حیاتی هستند که به هم وابسته‌اند. آب تقریباً برای تمام تکنولوژی‌های تولید برق ضروری است، از تولید برق مستقیم از منابع آبی در قالب نیروگاه‌های برقابی گرفته تا استفاده از آن در فرایند تولید برق در نیروگاه‌هایی که با مصرف سوختهای فسیلی برق تولید می‌کنند و همچنین نیاز اساسی کشت گیاهانی است که برای تولید برق از سوختهای زیستی به مصرف می‌رسند.
بخش برق تقریباً 10 درصد از کل مصرف آب شیرین جهان را به خود اختصاص می‌دهد. درعین‌حال، بخش عمدهای از عرضه جهانی آب به انرژی وابسته است. برای برداشت و تولید آب شیرین از منابع آب سطحی نظیر دریاچه‌ها، رودخانه‌ها و اقیانوس‌ها به برق و سوختهای فسیلی نیاز است. برداشت آب‌های زیرزمینی از سفره‌های زیرزمینی و تصفیه و انتقال و توزیع آب برای دسترسی مصرف‌کنندگان نیز به انرژی و عمدتاً برق نیاز دارند.
مطلب حاضر با استفاده از مقاله منتشر شده توسط آژانس بین‌المللی انرژی با عنوان ” نقش حیاتی انرژی برای عملکرد خوب بخش آب” تهیه شده است که در آن به بررسی چگونگی استفاده از برق برای اطمینان از تضمین آب مطمئن و حتی کمک به کاهش بحران آب در جهان می‌پردازد. تمرکز این مقاله بر منطقه خاورمیانه است که دارای سطح تنش آبی بسیار بالا است.
بر اساس آمار منتشر شده توسط آژانس بین‌المللی تقاضای انرژی برای نمکزدایی آب تا سال 2030 دوبرابر خواهد شد. چراکه اگرچه، تقریباً تمام نیاز آب جهان از طریق آب‌های زیرزمینی و سطحی تأمین می‌شود. بااین‌حال، تنش آبی منجر به افزایش استفاده از منابع غیرمتعارف مانند آب‌شور شده است. فرایند تولید آب شیرین از آب‌شور (آب دریا یا آب‌شور) به نمکزدایی نیاز دارد که فرایندی به‌شدت انرژی‌بر است. تقاضای جهانی انرژی برای نمکزدایی از سال 2010 تاکنون تقریباً دوبرابر شده است و از حدود 139 تراوات ساعت به 288 تراوات ساعت در سال رسیده است. بررسی روندهای فعلی نشان می‌دهد که تا سال 2030 این مقدار به حدود 556 تراوات ساعت خواهد رسید.
در حال حاضر حدود 21000 کارخانه نمکزدایی در حدود 150 کشورجهان، از ایالات متحده و چین تا جنوب صحرای آفریقا و آسیای جنوب شرقی در حال فعالیت است که نیمی از ظرفیت واحدهای نمکزدایی در جهان در خاورمیانه و شمال آفریقا قرار دارد.
خاورمیانه یکی از پایین‌ترین سطوح مصرف سرانه آب شیرین در جهان را داراست و با افزایش جمعیت و دسترسی آسان به آب دریا، نمکزدایی روش اصلی مورداستفاده برای مقابله با کمبود آب در این منطقه است. آب تولیدی واحدهای نمکزدایی اکثر نیازهای روزانه آب بسیاری از کشورهای منطقه از جمله قطر، کویت، بحرین، عمان و عربستان سعودی را پوشش می‌دهد و پروژه‌های جدیدی برای توسعه ظرفیت نمکزدایی در حال انجام است. اردن در حال برنامه‌ریزی برای ساخت یک واحد بزرگ در خلیج عقبه است تا با استفاده از آن، ظرفیت تولید آب شیرین خود را از 4 میلیارد لیتر به 350 میلیارد لیتر در سال افزایش دهد که برای تأمین نیاز شهری با جمعیت 2.5 میلیون نفر کافی است. عربستان سعودی نیز قصد دارد تا سال 2045 شهری جدید با 9 میلیون نفر در شمال غربی این کشور بسازد که به آب شیرین شده دریای سرخ و خلیج عقبه وابسته است.
نمکزدایی انرژی‌بر است و در اغلب روش‌های خود به بیش از 1 کیلووات‌ساعت برق برای تولید هر مترمکعب آب شیرین نیاز دارد. در سال 2023، انرژی استفاده شده توسط واحدهای نمکزدایی در خاورمیانه معادل تقریباً نیمی از کل انرژی مصرف شده توسط بخش مسکونی منطقه خاورمیانه بوده است. بیش از 95 درصد این برق از نیروگاه‌هایی با مصرف سوختهای فسیلی تأمین می‌شود. در خاورمیانه، هزینه پایین نفت و گاز، و توسعه تأسیسات تولید هم‌زمان برق و آب، به این معنی است که کشورها به‌شدت به نمکزدایی حرارتی مبتنی بر سوخت فسیلی به‌جای نمکزدایی غشایی که در مناطق دیگر جهان رایج است، متکی هستند. این منطقه تقریباً 90 درصد از انرژی حرارتی مورد استفاده برای نمکزدایی در سراسر جهان را به خود اختصاص می‌دهد.
در پیش‌بینی‌های آژانس بین‌المللی انرژی بر اساس ادامه روند سیاست‌های فعلی، تقاضای روبه‌رشد نمکزدایی سبب می‌شود تا سهم آن از مصرف نهایی انرژی در خاورمیانه که در حال حاضر 7درصد است، به 10 درصد در سال 2030 و 15 درصد در سال 2050 افزایش یابد افزایش یابد. در سال 2030، انرژی مورد نیاز برای نمکزدایی در منطقه معادل 80 میلیارد مترمکعب گاز طبیعی خواهد بود که بیشتر از کل تولید گاز مصر در سال 2022 است.
بی شک نمی‌توان وقتی از آب و برق صحبت می‌کنیم به مسئله مهم این روزهای جهان یعنی تغییرات آب‌وهوایی بی‌توجه بود. تغییرات آب‌وهوایی فشار روی برق و آب را افزایش می‌دهد. این تغییرات سبب تشدید تنش آبی در بسیاری از نقاط جهان می‌شود. تغییر الگوی بارش با خشکسالی‌ها و سیل‌های مکرر، مدیریت آب را به چالش می‌کشد، درحالی‌که افزایش سطح آب دریا، همراه با برداشت آب‌های زیرزمینی، منجر به نفوذ آب‌شور در سفره‌های آب زیرزمینی در برخی از مناطق شده است و دسترسی به آب شیرین را کاهش می‌دهد. افزایش دما و خشکی در برخی نقاط می‌تواند بر فشارها بیفزاید و باعث افزایش تقاضا برای آب شود و این در حالی است که به سبب افزایش دمای زمین آب‌های سطحی با سرعت بیشتری تبخیر می‌شوند. مورد دیگری که باید به آن توجه کرد، زیرساخت‌های بخش برق است که برای شرایط آب‌وهوای با دمای پایین‌تر احداث شده‌اند و با افزایش دما، ممکن است دیگر به‌اندازه کافی قابل‌اعتماد یا انعطاف‌پذیر نباشند.
پیش‌بینی می‌شود که افزایش فشار ناشی از تغییرات آب‌وهوایی منجر به مصرف برق بیشتر برای تأمین آب شود و در نتیجه انتظار می‌رود واحدهای نمکزدایی بیشتری راه‌اندازی شوند. درعین‌حال دولت‌ها پروژه‌های بزرگ انتقال آب را برای رساندن آب از مناطق دارای منابع آب زیاد (متعارف و غیرمتعارف) به مکان‌هایی که آب در آن نقاط کمیاب است، آغاز کرده‌اند. اگر نمکزدایی به روشی با مصرف برق و انتشار زیاد کربن رشد کند، با تولید گازهای گلخانه‌ای بیشتر و تأثیر آن روی تشدید تغییرات آب‌وهوایی منجر به یک چرخه معیوب خواهد شد. استفاده از فن آوری‌های سبز می‌تواند به جلوگیری از این امر کمک کند. نمکزدایی مبتنی بر پایه استفاده از غشای که نمک را با عبوردادن آب‌شور از طریق مجموعه‌ای از غشا حذف می‌کند، نسبت به نمکزدایی حرارتی برق کمتری مصرف کرده و این برق نیز می‌تواند از انرژی‌های تجدیدپذیر تأمین شود. سابقه استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر برای نمکزدایی به اوائل دهه 1980 میلادی برمی‌گردد که از انرژی خورشیدی برای نمکزدایی استفاده شد. در سال 2018، اولین واحد نمکزدایی در مقیاس بزرگ در جهان باانرژی خورشیدی در عربستان سعودی تکمیل شد. ظرفیت تولید این واحد 22 میلیارد لیتر آب شیرین در سال است که برای تأمین یک شهر حدود 150000 نفری کافی است. در خاورمیانه استفاده کارآمدتر از منابع آب و استفاده مجدد از فاضلاب هم موردتوجه قرار گرفته و سبب شده است که از سال 1990 تعداد پروژه‌های استفاده مجدد از آب را در هر دهه نسبت به دهه قبل دوبرابر شود.
باتوجه‌به موارد فوق، توجه به تأمین برق و چگونگی تولید آن در راستای اقدامات مربوط به مدیریت پایدار منابع آب حیاتی است. برق و آب منابعی هستند که ارتباط نزدیکی با هم دارند. هر دو برای توسعه اقتصادی، تولید مواد غذایی، پایداری محیط‌زیست و رفاه انسان‌ها اساسی هستند. تضمین دسترسی مطمئن، مقرون‌به‌صرفه و پایدار به برق و آب برای پیشرفت، رفاه و ثبات جوامع حیاتی است. به‌این‌ترتیب کلیه سیاست‌ها، مشارکت‌ها و همکاری‌ها باید به این موردتوجه خاصی داشته باشند. به طور مثال دولت‌ها می‌توانند یارانه‌های غیرضروری برق و آب را با حمایت هدفمندتر جایگزین کرده و استفاده کارآمدتر از این منابع را تشویق کنند به‌نحوی‌که انتشار گازهای گلخانه‌ای مرتبط با تولید برق هم کاهش پیدا کند.
درعین‌حال، مشارکت و همکاری دولت با بخش خصوصی و جوامع محلی می‌تواند دسترسی به آب و برق را در مناطق محروم تسهیل کند. این مشارکت‌ها در راستای کاهش تلفات و افزایش بهره‌وری نیز می‌تواند صورت گیرد.
اقدام برای صرفه‌جویی در مصرف آب و استفاده مؤثرتر از آن نیز تقاضا برای برق را کاهش می‌دهد. استفاده مجدد و بازیافت هوشمند آب می‌تواند نیازهای مربوط به تصفیه را کاهش و به‌این‌ترتیب نیازهای برق مرتبط با آن را کاهش دهد. در واقع مدیریت انرژی و آب باید دست‌به‌دست هم داده و با یک رویکرد یکپارچه برای مدیریت برق و آب به کاهش خطرات ناشی از تنش‌های آبی کمک کنند. بسیاری از فن آوری‌های پاک که برای تأمین برق در سراسر جهان به کار گرفته می‌شوند، می‌توانند برای دسترسی به آب نیز مورداستفاده قرار گیرند. به‌عنوان‌مثال، پمپ‌های آب با انرژی خورشیدی می‌توانند جایگزین پمپ‌های دیزلی با مصرف سوختهای فسیلی شوند فناوری‌های نوین نمکزدایی، مانند سیستم‌های اسمز معکوس، برای تولید آب شیرین می‌توانند به کار گرفته شوند و برق تولیدی از منابع سوختهای فسیلی، از انرژی‌های تجدیدپذیر تأمین گردد. صنایع و معادن نیز با بازچرخانی آب و سیستم‌های تصفیه می‌توانند با کاهش نیاز آبی خود به کاهش مصرف آب و برق در کل کمک کنند.
پیشنهاد می‌شود باتوجه‌به تأثیر تغییرات آب‌وهوایی در تنش‌های آبی در کشور و اقدامات بین‌المللی در راستای کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای موارد ذکر شده در نظام برنامه‌ریزی و مدیریت منابع آب ایران به‌طورجدی موردتوجه قرار گیرد.