تشكو دول العالم من تزايد الطلب على المياه، وإذا علمنا أن البحار والمحيطات تستحوذ على 97٪ من المياه في العالم، فإن نسبة المياه العذبة تعد شحيحة جداً حيث تبرز مشاكل تلوث مياه الأنهار والبحيرات والمياه الجوفية، وبالتالي زيادة الأمراض الناتجة عن تلوث مياه الشرب وعدم صلاحيتها للاستهلاك البشري بالنسبة لقطاع كبير من سكان العالم، ولهذا فإن السباق العالمي يشتد لتطوير أساليب علمية ذات كفاءة عالية لتنقية المياه.
ولعل أحد حلول مشاكل المياه ومحاولة توفير العذب منها يتمثل في تحلية مياه البحر وتحويلها إلى مياه عذبة، حيث تبرز حالياً الطريقتين الأكثر شيوعاً لتحلية المياه وهما التقنية الحرارية والتناضح العكسي، وكلتاهما تكلفان بين 2,5 إلى 5,5 ريال سعودي للمتر المكعب الواحد.
وتعد المملكة العربية السعودية أكبر منتج لمياه البحر المحلاة في العالم، إذ تقوم بتلبية نحو 70٪ من حاجتها لمياه الشرب عبر تحلية مياه البحر، وعلي الرغم من ذلك فإن الطلب يتزايد من عام لآخر ولمواكبة تلك الزيادة في الطلب، أنشأت المملكة محطة لتحلية المياه تعد الأكبر في العالم، وتقع في المدينة الصناعية الثانية في مدينة الجبيل بالمنطقة الشرقية من المملكة. وتقوم هذه المحطة بإنتاج 800,000 متر مكعب من المياه يومياً، كما تولد 2,750 كيلوات من الكهرباء.
تضخ المملكة قرابة 24 مليون متر مكعب من مياه البحر المحلاة يومياً إلى المراكز الحضرية والصناعية الرئيسة عبر شبكة أنابيب يزيد طولها عن 2,300 ميل، كما تواصل المملكة ضخ الاستثمارات من أجل العثور على سبل جديدة لجعل المياه العذبة النقية في المتناول وبتكلفة معقولة.
في هذا السياق، تقوم مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية بدور ريادي يتمثل في إجراء بحوث مشتركة مع العلماء حول العالم من أجل التوصل إلى حلول تقنية مبتكرة لتحلية المياه المالحة بكفاءة اقتصادية تساعد على تلبية الطلب المحلي والعالمي المتنامي على المياه العذبة النقية، كما تتبنى المدينة قضايا معالجة المياه التالفة والملوثة، للوصول إلى طرق متطورة لمعالجتها وتعقيمها.
يساهم برنامج تقنية المياه في إجراء دراسات وبحوث علمية حول المياه في المملكة، من أجل الإسهام في إيجاد الحلول للتحديات التي يواجهها هذا القطاع في المملكة باعتبارها منطقة صحراوية تتصف بقلة الموارد الميائية، في الوقت الذي يتنامى الطلب فيها على المياه مع الزيادة المستمرة في التعداد السكاني إلى جانب التغيرات البيئية.
ولاشك أن كل تلك العوامل تقضي بضرورة توطين تقنيات المياه وتطويرها لغرض إنتاج مياه شرب نقية ومعالجة المياه التالفة، ومن خلال التوصل إلى حلول تساعد المملكة في تلبية متطلباتها المحلية من المياه سيصبح برنامج تقنية المياه أحد المراكز الرئيسة لبحوث المياه على مستوى العالم، وبالتالي يمكن أن يسهم في تلبية المتطلبات العالمية المتنامية على المياه.
المهمة
نقل وتوطين وتطوير تقنيات المياه في المملكة عن طريق تأهيل الكوادر الوطنية وتكامل الشراكات المحلية والدولية، وسيؤدي ذلك إلى تحسين الأداء وتقليل التكلفة وتوفير فرص الاستثمار في هذا القطاع، وصولاً نحو المساهمة في الأمن المائي وخدمة التنمية الشاملة المستدامة.
الرؤية
تحقيق مركز ريادي دولي مميز للمملكة فيما يتعلق بامتلاك وتطوير وتصنيع تقنيات المياه ببلورة المعارف الشاملة، وإنشاء البُنية الاقتصادية اللازمة.
الأهداف الاستراتيجية
يهدف برنامج تقنية المياه إلى:
نقل وتوطين وتطوير تقنيات المياه في المملكة عن طريق تأهيل الكوادر الوطنية وتكامل الشراكات المحلية والدولية، وسيؤدي ذلك إلى تحسين الأداء وتقليل التكلفة وتوفير فرص الاستثمار في هذا القطاع، وصولاً نحو المساهمة في الأمن المائي وخدمة التنمية الشاملة المستدامة.
الرؤية
تحقيق مركز ريادي دولي مميز للمملكة فيما يتعلق بامتلاك وتطوير وتصنيع تقنيات المياه ببلورة المعارف الشاملة، وإنشاء البُنية الاقتصادية اللازمة.
الأهداف الاستراتيجية
يهدف برنامج تقنية المياه إلى:
- تطوير تقنيات محلية متقدمة لتحلية المياه ومعالجتها بتكلفة اقتصادية منافسة.
- تطوير نماذج مخبرية عالية الأداء لمنتجات التقنية في المجالات التي تهم المملكة.
- الحصول على المعدات وتوفير المرافق ضمن معاهد مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية لكل مشروع استراتيجي دعماً لتطوير هذه النماذج.
- تشكيل فرق عمل متخصصة في تقنيات تحلية ومعالجة المياه ذات الصلة بالمشاريع المعتمدة.
- تكامل جهود المنظمات المعنية من أجل الارتقاء بالعمل.
- تحسين أداء المؤسسات الرئيسة المعنية في القطاعين العام والخاص.
- تقليل تكلفة تحلية المياه وتنقيتها ومعالجة مخلفاتها.
- توفير فرص استثمار جديدة في القطاع الخاص.
- النهوض بدور العلوم والتقنية في قطاع المياه.
- تطوير القوى البشرية المؤهلة في هذا القطاع.
- عملية الاختيار
لقد تم اختيار مجالات البحوث والتطوير في إطار برنامج تقنية المياه على أسس معايير حددها الشركاء وتتمشى مع الأهداف الاستراتيجية للبرنامج علاوة على اتساقها مع أولويات المملكة ومتطلباتها الرئيسة. - مجالات التقنية المحددة
إن مجالات التقنية التي تم تحديدها من شأنها أن تتمخض عن تطوير القدرة العلمية والتقنية للمملكة إلى جانب تلبية المتطلبات الملحة في حقل المياه. وتشمل هذه المجالات تحلية المياه، وتنقية مياه الشرب، ومعالجة مياه الصرف الصحي والصناعي، وإدارة موارد المياه.
- هيكل البرنامج
يتم إنجاز العمل في البرنامج عبر هيكل تنظيمي يبدأ بتحديد أهداف التنفيذ في أطر رئيسة ثلاث هي: البنى الأساسية، والعمليات الأساسية، وإتاحة القيمة المضافة، وفي هذا الصدد تم وضع مؤشرات أداء لكل هدف ومن ثمّ حددت المشاريع اللازمة وصولاً للمؤشرات.
- الخطط التشغيلية
يتضمن برنامج تقنية المياه ثلاث فئات من المشاريع التمهيدية التي تشمل مشاريع البحوث والتطوير، ومشاريع البنى الأساسية، ومشاريع تحقيق القيمة المضافة، ويعتمد نجاح البرنامج على النجاح في تنفيذ هذه المشاريع كافة، ولا شك أن أهم دور يضطلع به البرنامج يتمثل في دعمه لهذه المشاريع.
- أمثلة على القضايا التي يتناولها برنامج تقنية المياه:
- خطة نقل التقنيات
سيستفيد برنامج تقنية المياه من الممارسات الدولية المثلى على صعيد نقل التقنية.
- على سبيل المثال، تؤدي مشاركة المستخدمين في تصميم البحوث إلى نتائج أوفر نصيباً من إمكانية تلبية متطلبات هؤلاء المستخدمين وبالتالي إلى بلورة ابتكار أكثر نجاحاً.
- سيتم نقل المعارف إلى الشركات والوكالات في سياق تنفيذ المشروع.
- سيتم الاستفادة من الجامعات ومراكز الصناعة كآلية بحوث رئيسة على امتداد الخطة. إن مشاركة الصناعة، مثلما هو الحال من خلال التمويل وتقديم المشورة، من شأنه أن يشجع الباحثين بالتركيز على متطلبات المستخدمين، ومن ثمّ زيادة قابلية انتقال التقنية، وستقوم هذه المراكز أيضاً بنقل المعارف إلى الصناعة عبر تأهيل وتدريب الطلاب.
- الرابطة بين برنامج المياه وحاضنات أعمال التقنية والبرامج الأخرى سوف تدعم نشوء شركات جديدة في مجال تقنية المياه.
- خطة ضمان الجودةفي إدارتها لبرامج العلوم والتقنية، تتقيد خطة تقنية المياه بمعايير وإجراءات إدارة الجودة المتبعة عالمياً، إذ ستقوم لجنة استشارية بمراجعة تصميم البرنامج وميزانيته، كما تتم الاستعانة بخبراء دوليين في لجان المراجعة لتقليل التضارب المحتمل في المصالح ولإتاحة تقييم دولي مستقل.
- خطة الموارد البشريةتعتبر الموارد البشرية عاملاً هاماً لنجاح برنامج تقنية المياه، ذلك أن عدم توفر الكوادر البشرية المؤهلة قد يحد من نجاح البرنامج، وإدراكاً لذلك، ولتحقيق أهداف البرنامج تعمل مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية على استقطاب وتنمية الكوادر الوطنية المناسبة، والاستعانة بكوادر وخبرات دولية ماهرة.
- خطة إدارة الاتصالاتتؤدي خطة الاتصالات إلى ضمان توصيل المعلومات الملائمة للمشاركين في البرنامج وللشركاء عموماً، حيث أن أحد عناصر البرنامج يتمثل في تحسين الاتصالات على امتداد الأوساط العلمية المهتمة ببحوث المياه، والتوسع بأوجه التعاون بين أعضاءها، وسيتم كل ذلك عبر موقع إلكتروني عام على شبكة الإنترنت، وعبر عقد حلقات العمل، ونشر تقارير اللجان الاستشارية، كما سيتم تقديم عروض حول البرنامج في المؤتمرات الوطنية والدولية.
- خطة إدارة المخاطريتسم برنامج تقنية المياه بالطموح كما يمثل تحدياً لقدرات المملكة الحالية، حيث أن هنالك العديد من المخاطر التي قد تحول دون تحقيق أهداف البرنامج، بما في ذلك عدم توفر موارد بشرية كافية للتنفيذ، إلى جانب الطموح الواضح للأهداف والمخاطر المالية المترتبة على قصور في الموارد المالية أو إرتفاع التكلفة، وبسبب كل هذه المخاطر تنشأ الحاجة إلى توخي العناية عند تخطيط البرنامج وإدارته.
- ظل برنامج تقنية المياه يعمل منذ سنوات عدة بهدف التوصل إلى سبل مبتكرة جديدة لتنقية وحماية واستخدام موارد المملكة المائية، وقد تحققت خلال الفترة الماضية عدد من المنجزات منها :
- نظام متكامل لإعادة تدوير المياه التالفة والتخلص من النفايات
- الإنتاج الطبيعي للقشريات المائية في محطات معالجة المياه
- معالجة المياه الصناعية التالفة باستخدام طمي محلي
- إنتاج الخضار والأسماك باستخدام المياه الجوفية ذات الملوحة العالية
أيضاً قامت المدينة بإجراء تعاون مع باحثين بارزين ومنظمات دولية ذات سمعة في مجال تقنية المياه. ومن ذلك:
- مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية وشركة IBM
- مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية والأكاديمية الوطنية للعلوم في روسيا البيضاء
- مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية وجامعة سوانزي بالمملكة المتحدة
- نظام متكامل لإعادة تدوير المياه التالفة والتخلص من النفايات
إستطاع الباحثون بمدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية تطوير نموذج مبدئي لنظام جديد لمعالجة المياه يستهدف تلبية متطلبات القرى الصغيرة أو المدن الكبيرة ولا تنتج عنه أية ملوثات، مما يعني إمكانية وضعه قريباً من المناطق السكنية في الأحياء المكتظة بالسكان، ويجمع النظام بين الترشيح بالطرد المركزي والحرق البيولوجي للنفايات والضغط الميكانيكي بالبخار، الأمر الذي يحدث نظاماً يمكن وضعه في أي مكان وتوسيع نطاقه لخدمة أي سوق مستهدفة، ويمكن بواسطة هذا النظام تحقيق عدة فوائد تشمل:
- إنتاج مياه نقية: تناسب الاستهلاك البشري والري والاستخدام الصناعي.
- إنعدام تصريف السوائل: خلافاً للحلول القائمة على الأغشية.
- الحرق البيولوجي للنفايات: ويتم استرجاع حرارة الحرق، مما يزيد من كفاءة النظام ويجعل النفايات الناتجة تخلو من أي ضرر بيئي.
الحل الذي توصلت إليه المدينة يعتبر أول نظام ذو جدوى اقتصادية يشده السوق، وهو قادر على تلبية متطلبات المجتمعات الصغيرة والمناطق الحضرية الكبيرة على حد سواء، وبتكلفة تقديرية تصل إلى 400,000 ريال سعودي لوحدة تستطيع معالجة 100 متر مكعب من المياه في اليوم، يتيح هذا النظام وفورات ضخمة مقارنة بالبدائل الأخرى الموجودة في السوق، والتي يكلف أغلبها فوق 600,000 ريال. وهناك أيضاً إمكانية تحقيق توفير إضافي ومزيد من الكفاءة من خلال احتجاز الحرارة الناتجة من حرق النفايات في وحدة الضغط الميكانيكي بالبخار، وبالتالي تقليل استهلاك الطاقة بواسطة هذا النظام وما يترتب على ذلك من خفض في النفقات التشغيلية، إضافةً إلى ذلك، فإن هذا النظام لا يعتمد على أغشية مكلفة تحتاج إلى استبدال مستمر.الأعلى
- الإنتاج الطبيعي للقشريات المائية في محطات معالجة المياه
الاستزراع السمكي يعد صناعة متنامية في المملكة، إذ ينتج نحو 20,000 طن من الأسماك سنوياً، بيد أن الأسماك تتم تغذيتها بأعلاف مستوردة، وهي ليست فقط ذات كلفة عالية، إنما أيضاً تضع هذه الصناعة تحت طائلة تذبذب الأسواق العالمية الأمر الذي ينطوي على تهديد الأمن الغذائي للمملكة.
وقد توصل الباحثون بمدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية إلى حل علمي لهذه المعضلة، حيث أثبتوا أن المصدر الرئيس لغذاء يرقات الأسماك هو عبارة عن نوع من القشريات (أرتيميا) التي تعيش في برك التبخير بمحطات التحلية، علماً أن المملكة تأوي العديد من تلك المحطات.
ونظراً لعدم وجود أي نوع من القشريات المائية التي تتوالد بصورة طبيعية في المملكة، فإنه من خلال إدخالها على هذه البرك المائية في محطات التحلية سيتسنى توفير ربط حيوي ضمن سلسلة الغذاء، ويؤدي ذلك إلى تقليل الاعتماد على واردات الأعلاف الأجنبية؛ الأمر الذي يكفل تحقيق الأمن الغذائي الوطني، كما يعني الاستفادة من مورد ـ وهو برك التبخير في محطات التحلية ـ بقي دون إستغلال ردحاً من الزمن.
ومع تدني تكلفته وتزايد الحاجة لأعلاف الأسماك في المملكة، فإن نظام إنتاج القشريات المائية لدى المدينة يحظى بسوق كبيرة ويشجع على نمو صناعة الاستزراع السمكي، لذا فإن إنشاء مرافق لإنتاج القشريات المائية في إطار برك التبخير بمحطات تحلية المياه المالحة سوف يوفر ميزة تنافسية بعيدة المدى لصناعة الاستزراع السمكي في المملكة.الأعلى
- معالجة المياه الصناعية التالفة باستخدام طمي محلي
أصبحت المياه نادرة وشحيحة بصورة خطيرة، لذلك باتت المعالجة الفعالة وإعادة تدوير المياه التالفة عملية على قدر كبير من الأهمية في المملكة، وتوجد حالياً تقنيات عديدة لمعالجة المياه التالفة، لكنها تتباين تبايناً كبيراً من حيث التكلفة والفائدة وفقاً لخصائص المياه ونوع الملوثات الموجودة فيها، وعلى سبيل المثال إن المياه التي تحتوي على أيونات معادن ثقيلة صعبة المعالجة.
من هذا المنطلق، توصل الباحثون بالمدينة إلى ابتكار تقنية لمعالجة المياه الصناعية التالفة المحتوية على أيونات معادن ثقيلة، مما يتيح تقنية ذات تكلفة معقولة فضلاً عن المزايا البيئية والمتعلقة بالأداء مقارنةً بالتقنيات المتوفرة الأخرى.
إن مفتاح هذه العملية المبتكرة يتمثل في استخدام طمي طبيعي أو طمي معدل عبر عمليات طبيعية، ليصبح مادة قادرة على الامتصاص، الأمر الذي يجعل الحل أكثر كفاءة اقتصادية نظراً لتوفر الطمي وتدني تكلفته، وتشير التوجهات العالمية إلى أن الأساليب غير الكيماوية لمعالجة المياه التالفة تجد أهمية فائقة، وفي هذا الصدد، فإن التقنية التي يقترحها باحثوا المدينة تنسجم مع هذا التوجه العالمي، ذلك أن استخدام الطمي الطبيعي ضمن وحدة ترشيح مبتكرة تؤدي إلى كفاءة عالية في المعالجة فضلاً عن كونها توفر العديد من المزايا التنافسية على الأساليب الأخرى وبالتالي تنطوي على جدوى تجارية كبيرة.الأعلى
- إنتاج الخضار والأسماك باستخدام المياه الجوفية ذات الملوحة العالية
يعتبر الغذاء أحد الموارد ذات الأهمية الملحة في أي بلد، وفي هذا الصدد، فإن البيئة الفريدة للمملكة حيث تنعدم البحيرات الطبيعية الدائمة، وتقل معدلات هطول الأمطار، تقتضي إنتاج جزء يسير من الأغذية محلياً، لكن المملكة تحرص في الوقت نفسه على حماية أمنها الغذائي من أجل استدامة الحياة ودفعاً لعجلة التنمية.
ودعماً لاستدامة الأمن الغذائي، قامت مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية بتطوير نموذج أولي لنظام إنتاج زراعي سمكي مدمج وهو نظام استزراع نباتي مصمم ليتواءم مع البيئة الصحراوية للبلاد، ويقوم النظام بدمج نظامين تقنيين للإنتاج، هما الإنتاج النباتي والاستزراع السمكي، ضمن نظام متكامل ذو كفاءة تشغيلية مطورة يمكن تحقيقها بإحدى المكونين، وتعمل أغلب هذه الأنظمة بمياه أمطار متدنية الملوحة؛ إلاّ أن مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية قامت بتعديل التقنية وتكييفها مع المياه الجوفية العالية الملوحة كما هو الحال في المملكة وذلك في إطار بيئة بيوت محمية تنسجم تماماً مع الأحوال المناخية القاسية التي تسود المملكة، هذا النظام هو نظام مغلق تتحول فيه النفايات الناتجة عن الأسماك إلى مغذيات للنبات، بينما يتيح النبات ترشيح بيولوجي للمياه، ويؤدي النظام المطور إلى إرتفاع إنتاجية المحاصيل وخفض استهلاك المياه مع جودة عالية، وعلاوة على هذه المزايا، ولأن النظام الذي طورته مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية لا يستخدم أي كيماويات أو مضادات حيوية، من الممكن تصنيف إنتاجه ضمن المنتجات العضوية، وهي ميزة تنافسية لا شك فيها في سوق يهتم بالبعد الصحي.
ويحظى هذا النظام بآفاق مستقبلية واعدة بالنسبة للإستغلال التجاري على نطاق واسع، حيث يستهدف سوقين محتملين هما الخضروات والأسماك، واللتان تستورد فيهما أسواق المملكة كميات ضخمة من المنتجات، ومع نمو عدد السكان والحاجة إلى تحقيق واستمرار الأمن الغذائي، وما سيتبع ذلك من حاجة إلى زيادة الإنتاج المحلي من الغذاء، فإن النظام المبتكر يوفر على المملكة ملايين الريالات سنوياً من خلال رفع الإنتاجية وتحسين الكفاءة وتعزيز جودة المنتج.الأعلى
- مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية وشركة IBM
تتعاون المدينة مع شركة "آي بي إم" الأمريكية في مشروع مبادرة الملك عبدالله لتحلية المياه بالطاقة الشمسية الذي تشرف عليه وتنفذه المدينة بمشاركة كل من: وزارة المالية، ووزارة المياه والكهرباء، والمؤسسة العامة لتحلية المياه المالحة، ووزارة التجارة والصناعة، وهيئة تنظيم الكهرباء، والإنتاج المزدوج، ومدينة الملك عبدالله للطاقة الذرية والمتجددة، ووزارة الزراعة، وشركة أرامكو السعودية.
يهدف المشروع إلى المساهمة في تحقيق الأمن المائي للمملكة، ودعم الاقتصاد الوطني بتطوير حلول تقنية صديقة للبيئة، كما يهدف إلى بناء صناعات متقدمة عالية التقنية تتفق مع الاستراتيجية الوطنية للصناعة، التي منها تقنيات النانو المتقدمة في مجال إنتاج الطاقة الشمسية وأغشية تحلية المياه.
بدأ العمل في المرحلة الأولى من المبادرة عام 1431هــ والتي تهدف لإنشاء محطة لتحلية المياه بالطاقة الشمسية في مدينة الخفجي تقدر طاقتها الإنتاجية بثلاثين ألف متر مكعب يومياً من مياه الشرب النقية يستفيد منها 100،000 نسمة وذلك ببناء محطة لإنتاج الطاقة الشمسية بطاقة 10 ميغا واط، وباستخدام أغشية النانو، وقد تم تركيب محطتين تجريبيتين لإنتاج الطاقة الشمسية بقدرة 30 كيلو واط، ويجري العمل على إنتاج النموذج الأول من أغشية (i-Phop 2) لاستخدامها في تحلية المياه، ومن المتوقع أن تنتهي هذه المرحلة عام 1434هـ.الأعلى
- مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية والأكاديمية الوطنية للعلوم في روسيا البيضاء
تنفذ المدينة بالتعاون مع الأكاديمية الوطنية للعلوم في روسيا البيضاء مشروع إنتاج أغشية خزفية مسامية ذاتية التعقيم باستخدام الرمال البيضاء، وذلك بهدف تصنيع أغشية خزفية مسامية ذات عدة طبقات لاستخدامها في عملية الترشيح الأولية عن طريق بناء وحدة متنقلة تعمل تلقائيا لتنقية المياه، ومن المتوقع أن ينتهي العمل بالمشروع عام 1434هـ. الأعلى
- مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية وجامعة سوانزي بالمملكة المتحدة
تجري المدينة مشروعاً بالتعاون مع جامعة سوانزي بالمملكة المتحدة، يهدف إلى تطوير طريقة مكونة من مبادلات أيونية وأغشية نانوية لتحلية مياه الآبار والبحار بتكلفة اقتصادية منخفضة، حيث تستفيد من مخرجات المشروع جهات حكومية وشركات ومؤسسات من القطاع الخاص عدة منها وزارة المياه والكهرباء، شركة المياه الوطنية، المؤسسة العامة لتحلية المياه المالحة، والقطاع الخاص في مجال صناعة المياه.
