دفيئة مياه البحر

البيوت الزجاجية التي تعمل بمياه البحر هي هياكل دفيئة تُمكّن من زراعة المحاصيل وإنتاج المياه العذبة في المناطق القاحلة، التي تُشكّل حوالي ثلث مساحة اليابسة على سطح الأرض. تهدف تقنية البيوت الزجاجية التي تعمل بمياه البحر إلى التخفيف من حدة مشكلات مثل ندرة المياه العالمية ، وذروة الطلب على المياه ، وتملح التربة . ^{[ 1 ]} يستخدم هذا النظام مياه البحر والطاقة الشمسية ، ويشبه في هيكله البيوت الزجاجية التقليدية ذات الألواح والمراوح، ولكنه مزود بمبخرات ومكثفات إضافية. ^{[ 1 ]}

يُضخ ماء البحر إلى الدفيئة لخلق بيئة باردة ورطبة، وهي الظروف المثلى لزراعة المحاصيل المعتدلة. ^{[ 1 ]} تُنتج المياه العذبة في حالة مكثفة باستخدام تقنية التحلية الشمسية، التي تزيل الأملاح والشوائب. ^{[ 2 ]} يُطرد الهواء الرطب المتبقي من الدفيئة ويُستخدم لتحسين ظروف نمو النباتات الخارجية.

تستخدم البيوت الزجاجية المائية البيئة المحيطة لزراعة محاصيل معتدلة المناخ وإنتاج المياه العذبة. بينما تستخدم البيوت الزجاجية التقليدية حرارة الشمس لخلق بيئة أكثر دفئًا لتوفير درجة حرارة مناسبة للنمو، فإن البيوت الزجاجية المائية تعمل بالعكس، إذ تخلق بيئة أكثر برودة. يعمل السقف على حبس الأشعة تحت الحمراء، مع السماح بمرور الضوء المرئي لتعزيز عملية التمثيل الضوئي .

يتألف تصميم تبريد المناخ المحلي بشكل أساسي من عملية تحلية المياه بالترطيب وإزالة الرطوبة، أو الترطيب متعدد المراحل . ^{[ 9 ]} يتكون بيت زجاجي بسيط يعمل بمياه البحر من مُبخرين تبخيريين، ومكثف، ومراوح، وأنابيب لمياه البحر والماء المقطر، ومحاصيل مزروعة بين المُبخرين. ^{[ 10 ]} يوضح الشكلان التخطيطيان 1 و2 هذا التصميم.

تحاكي هذه العملية دورة المياه الطبيعية داخل بيئة مُحكمة في الدفيئة، وذلك عن طريق تبخير المياه من مصدر مياه مالحة واستعادتها كمياه عذبة بالتكثيف. ^{[ 1 ]} يستخدم الجزء الأول من النظام مياه البحر، ومبخرًا، ومكثفًا. يتكون الجدار الأمامي للدفيئة من مبخر مُبلل بمياه البحر ، ويواجه اتجاه الرياح السائدة. يتكون هذا الجدار في الغالب من ورق مقوى مموج، كما هو موضح في الشكل 3. ^{[ 10 ] [ 1 ]}

إذا لم تكن الرياح قوية بما يكفي، تقوم المراوح بدفع الهواء الخارجي عبر المبخر إلى داخل الدفيئة. يتبادل الهواء الدافئ المحيط الحرارة مع مياه البحر، مما يؤدي إلى تبريدها وترطيبها. ^{[ 10 ] [ 1 ]} يوفر الهواء البارد والرطب بيئة نمو مناسبة للمحاصيل. تُجمع مياه البحر المتبقية المبردة بالتبخير وتُضخ إلى المكثف كمبرد. ^{[ 1 ]}

يحتوي الجزء الثاني من النظام على مُبَخِّر آخر. يتدفق ماء البحر من المُبَخِّر الأول الذي يُسخِّنه مُسبقًا، ثم يمر عبر مُجمِّع الطاقة الشمسية الحرارية على السطح لتسخينه بدرجة كافية قبل أن يتدفق إلى المُبَخِّر الثاني. ^{[ 10 ]} يتدفق ماء البحر، أو سائل التبريد، عبر دائرة تتكون من المُبَخِّرات، وأنبوب التسخين الشمسي، والمُكثِّف، مع مدخل لماء البحر ومخرج للمياه العذبة. ^{[ 10 ]}

يُنتج الماء العذب من هواء ساخن ذي رطوبة عالية نسبيًا، ما يُتيح إنتاج كمية كافية من الماء المقطر للري. ^{[ 10 ]} يتحدد حجم الماء العذب بدرجة حرارة الهواء، والرطوبة النسبية، والإشعاع الشمسي، ومعدل تدفق الهواء. ويمكن نمذجة هذه الظروف باستخدام بيانات الأرصاد الجوية المناسبة، ما يُتيح تحسين التصميم والعملية لأي موقع ملائم.

تُطبَّق هذه التقنية على المواقع في المناطق القاحلة القريبة من البحر. ويجب تقييم المسافة والارتفاع عن سطح البحر مع مراعاة الطاقة اللازمة لضخ المياه إلى الموقع. توجد مواقع عديدة مناسبة على السواحل؛ بينما تقع مواقع أخرى تحت مستوى سطح البحر، مثل البحر الميت ومنخفض القطارة ، حيث اقتُرحت مشاريع كهرومائية لاستغلال الضغط الهيدروليكي لتوليد الطاقة، مثل قناة البحر الأحمر - البحر الميت . ^{[ 16 ] [ 17 ]}

في عام 1996، استخدم باتون وديفيز مجموعة أدوات Simulink ضمن برنامج MATLAB لمحاكاة التهوية القسرية للبيوت الزجاجية في تينيريفي، والرأس الأخضر، وناميبيا، وعُمان. ^{[ 18 ]} وتعتمد هذه البيوت الزجاجية في تهويةها على الرياح السائدة، والتبريد التبخيري، والنتح، والتدفئة الشمسية، وانتقال الحرارة عبر الجدران والسقف، والتكثيف، وهي عوامل تم تحليلها في الدراسة. ^{[ 18 ]} ووجد الباحثان أن كمية المياه التي تحتاجها النباتات انخفضت بنسبة 80%، وأن إنتاج متر مكعب من المياه العذبة يتطلب طاقة كهربائية تتراوح بين 2.6 و6.4 كيلوواط ساعة. ^{[ 18 ]}

في عام ٢٠٠٥، قيّم باتون وديفيس خيارات التصميم باستخدام النمذجة الحرارية، معتمدين على نموذج دولة الإمارات العربية المتحدة كمرجع أساسي. ^{[ ١٩ ]} درس الباحثان ثلاثة خيارات: الشاشة المثقبة، ومسار الهواء على شكل حرف C، ومصفوفة الأنابيب، وذلك لإيجاد دائرة مياه بحر أفضل لتبريد البيئة وإنتاج أكبر كمية من المياه العذبة. أظهرت الدراسة أن مصفوفة الأنابيب حققت أفضل النتائج: انخفاض في درجة حرارة الهواء بمقدار  درجة مئوية واحدة، وانخفاض متوسط ​​درجة الحرارة الإشعاعية بمقدار ٧.٥  درجة مئوية، وزيادة في إنتاج المياه العذبة بنسبة ٦٣٪. يمكن تطبيق هذا التصميم لتحسين البيوت الزجاجية التي تعمل بمياه البحر في المناطق الحارة والجافة، كما هو الحال في التصميم التجريبي الثاني في دولة الإمارات العربية المتحدة. ^{[ ١٩ ]}

في عام ٢٠١٨، أجرى باتون وديفيس بحثًا حول استخدام المحلول الملحي للتبريد وإنتاج الملح في البيوت الزجاجية التي تعمل بمياه البحر والمدفوعة بالرياح، وذلك لتصميم نموذج لها. قد يُخلّ المحلول الملحي الناتج عن تحلية مياه البحر بالنظام البيئي، نظرًا لإنتاج كمية مماثلة من المحلول الملحي تُعادل كمية المياه العذبة. ^{[ ٥ ]} باستخدام طريقة تثمين المحلول الملحي، والتي تعتمد على تدفق الهواء المدفوع بالرياح لتبريد البيت الزجاجي عن طريق تبخير مياه البحر، يُمكن إنتاج الملح كما هو موضح في الشكل ٤. ^{[ ٥ ]} يُعدّ هذا المحلول الملحي منتجًا ثانويًا لإنتاج المياه العذبة، ولكنه يُمكن استخدامه أيضًا كمكوّن أساسي في صناعة الملح، مما يجعله منتجًا قابلًا للتسويق.

ومن النتائج الإضافية لهذا البحث أهمية شبكة التظليل، التي تم تمثيلها بغشاء رقيق في الدراسة الموضحة في الشكل 5. ^{[ 5 ]} فهي لا توفر التبريد فحسب، بل تعمل أيضاً على إطالة عمود التبريد عن طريق احتواء عمود الهواء البارد من وسادة التبريد التبخيري. ^{[ 5 ]}

• "يتسابق المهندسون لسرقة أسرار الطبيعة. توربينات رياح عملاقة مبنية على بذرة، ومحطة تحلية مياه تحاكي الخنفساء" ، صحيفة الغارديان (2006).
• "البيوت الزجاجية بمياه البحر: نهج جديد للزراعة الترميمية"
• "مشروع غابة الصحراء الكبرى: مصدر جديد للمياه العذبة والغذاء والطاقة"