ما هي التأثيرات الناتجة عن استهلاك المياه في تصنيع المصابيح الشمسية الزخرفية؟

المراحل الرئيسية التي تستهلك كميات كبيرة من المياه في تصنيع المصابيح الشمسية الزخرفية

تنظيف خلايا السيليكون الكهروضوئية وتجهيز الرقائق

يتطلب تصنيع خلايا الطاقة الشمسية لتلك المصابيح الزخرفية الرائعة مياهًا نقية لدرجة تكاد تكون مفرطة. فقد تستهلك المرافق متوسطة الحجم حوالي 5 ملايين جالون شهريًا فقط لأغراض مثل الحمامات الكيميائية وتنظيف الأسطح. فلنلقِ نظرة على ما يحدث لكل رقاقة سيليكون أثناء المعالجة. عادةً ما تحتاج هذه الرقاقات إلى أكثر من 15 خطوة تنظيف أثناء عملية النقش والتجسيد، ويستخدم المصنعون أكثر من 1800 جالون من المياه الفائقة النقاء (المُسمّاة UPW) لكل دفعة من الألواح التي ينتجونها. لماذا كل هذا الماء؟ لأن أصغر ذرة لها أهمية. يمكن أن تقلل جسيمات واحدة بين ملايين الجسيمات من كفاءة تحويل هذه الخلايا للطاقة الشمسية إلى كهرباء بنسبة تتراوح بين 3٪ و7٪. وهناك مشكلة أخرى: عملية تنقية المياه الفائقة النقاء (UPW) في المقام الأول تتسبب في هدر ما يقارب 30 إلى 40٪ من المياه الداخلة إلى النظام من خلال ما يُعرف بتيارات الرفض الناتجة عن التناضح العكسي. ويصبح هذا الأمر مشكلة كبيرة في المناطق التي تعاني بالفعل من نقص المياه، حيث تختفي مصادر المياه الجوفية بمعدل ثلاث مرات أسرع من معدل إعادة تعبئتها.

تغليف معدني بالأنودizing، وطلاء، وتشطيبات سطحية

يُشكل استهلاك المياه في معالجة المكونات المعدنية حوالي 60 إلى 70 بالمئة من إجمالي استهلاك المياه في المصنع، وذلك بسبب خطوات النقع المتسلسلة العديدة. وفيما يتعلق بأكسدة الألومنيوم كهربائيًا، يحتاج المصنعون إلى ماء شفاف للشطف بعد كل حمام كهروكيميائي. وعند المتوسط، يستخدمون حوالي 50 جالونًا لكل متر مربع من المساحة السطحية المعالجة. وبعد تطبيق الطلاءات، توجد علاجات كارهة للماء خاصة تتطلب المزيد من الشطف باستخدام ماء مقطر لتجنب ظهور بقع على المنتج النهائي. ويكتسب هذا أهمية كبيرة، لأن أي شوائب قد تترك عيوبًا مرئية على الأسطح الزخرفية. ما يثير قلق العديد من مديري المصانع هو التعامل مع عمليات التمرير القائمة على الكروم. فهذه العمليات تولد نفايات سامة تحتاج إلى ما بين سبعة وعشر دورات تخفيف قبل أن يمكن إطلاقها بأمان في البيئة. وهناك أنظمة حلقة مغلقة جديدة بدأت تظهر، تعد بتخفيض هذا الاستهلاك الهائل من المياه بنسبة تصل إلى 90 بالمئة من خلال تقنية إعادة تدوير التبادل الأيوني. ومع ذلك، لم يتبنَّ سوى حوالي 15 بالمئة من الشركات الصغيرة هذه الأنظمة حتى الآن، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن تكلفة استبدال تلك الأغشية تتجاوز اثني عشر ألف دولار سنويًا، وهي تكلفة لا يمكن تحملها بالنسبة للكثير من العمليات الحريصة على الميزانية.

الإجهاد المائي الجغرافي وتأثيره على البصمة التصنيعية

تركز الإنتاج في المناطق عالية الإجهاد (الصين، فيتنام، الهند)

يتم إنتاج أكثر من ثلاثة أرباع المصابيح الشمسية الزخرفية في أماكن تعاني حاليًا من شُحّ كبير في المياه، لا سيما في الصين وفيتنام والهند. وهذا يخلق طيفًا واسعًا من المشكلات التشغيلية على المدى الطويل. فعلى سبيل المثال، وصلت تكاليف المياه الصناعية في الصين إلى حوالي 6.3 دولار لكل متر مكعب عام 2021 وفقًا لبحث أجراه لي ومو. وفي الوقت نفسه، تحصل فيتنام على تقييم سيئ جدًا فيما يتعلق بالإجهاد المائي الأساسي، حيث بلغت درجتها 4.2 من أصل 5 بناءً على تقارير WRI Aqueduct حول المخاطر الهيدرولوجية. وعندما تتجمع العديد من المصانع معًا في هذه المناطق، فإنها تواجه صعوبات في سلسلة التوريد خلال المواسم الجافة، وتضطر لدفع تكاليف أعلى مع تشديد الحكومات للوائح المتعلقة بمياه الصرف، إضافة إلى التنافس على الموارد المحدودة مع المزارعين الذين يحتاجون أيضًا إلى المياه. والأرقام لا تكذب أيضًا. فوفقًا لإحصائيات معهد بونيمون من العام الماضي، تعاني القطاعات الأخرى التي تستهلك كميات كبيرة من المياه من خسائر تبلغ في المتوسط أكثر من 740 ألف دولار سنويًا لكل موقع مصنع في هذه المناطق الصعبة. وقد بدأت الشركات الذكية في نقل جزء من إنتاجها إلى مناطق أخرى في جنوب شرق آسيا حيث يكون الإجهاد المائي أقل حدة (بدرجات تقل عن 2.0)، واستثمرت في أنظمة داخل الموقع تقوم بإعادة تدوير المياه بدلاً من التخلص منها مباشرة. وتشير هذه التغيرات إلى الأهمية البالغة لإدارة المياه بشكل سليم من أجل ضمان استمرارية تشغيل سلسلة التوريد بكفاءة على مستوى العالم.

استراتيجيات كفاءة استخدام المياه لمنتجي المصابيح الشمسية الصغيرة

غالبًا ما يواجه المصنعون الذين يُproducون مصابيح شمسية زخرفية صغيرة صعوبات في إدارة المياه بسبب قلة الأموال أو ضعف البنية التحتية. إن تحسين كفاءة استخدام الموارد أصبح أمرًا بالغ الأهمية في الوقت الحاضر، حيث يساعد على خفض التكاليف، وتقليل الضرر البيئي، والحفاظ على تنافسية الأعمال مع تشديد اللوائح وزيادة مطالبة العملاء بمنتجات أكثر اخضرارًا. عندما تتبنى الشركات أساليب ذكية لتوفير المياه، يمكنها فعليًا تقليل كمية المياه المستخدمة في إنتاج المصابيح الشمسية مع الحفاظ على جودة المنتجات. ويعمل هذا بشكل خاص في العمليات الصغيرة حيث تعد كل قطرة مهمة ولا يمكن التسامح مع الهدر بعد الآن.

جدوى العائد على الاستثمار في إعادة التدوير المغلقة الدائرة في مصانع المصابيح الزخرفية

يمكن للمصانع الصغيرة التي تتعامل مع تشطيب المعادن وعمليات الطلاء أن تستفيد بشكل كبير من أنظمة المياه المغلقة. فهذه الأنظمة قادرة على معالجة وإعادة استخدام حوالي 80% من مياه العمليات التي كانت ستُصرف في المجاري عادةً. تتراوح التكلفة الأولية عادةً بين عشرين ألفًا وخمسين ألف دولار، لكن معظم الشركات ترى استرداد استثمارها خلال عامين إلى أربعة أعوام. كيف؟ إن خفض فواتير شراء المياه العذبة (مع توفير يتراوح بين خمسة آلاف إلى اثني عشر ألف دولار سنويًا) بالإضافة إلى تقليل رسوم التخلص من مياه الصرف باهظة الثمن، يصنع كل الفرق. ما يميز هذه الأنظمة حقًا هو تصميمها الوحداتي الذي يمكن الشركات من البدء بحجم صغير والتوسع لاحقًا حسب الحاجة، مواكبةً لمتطلبات الإنتاج المتزايدة. كما توجد فوائد بيئية تستحق الذكر. إذ تُحسّن المصانع التي تثبت مثل هذه الأنظمة من أدائها في تقارير الاستدامة، بينما تخفف الضغط عن مصادر المياه المحلية المحدودة أصلًا. فكّر في الأماكن التي أصبحت فيها ندرة المياه مشكلة شائعة في المناطق الصناعية. بالنسبة للشركات المصنّعة الصغيرة التي تخطط للمستقبل، فإن التعامل الجدي مع إدارة المياه الدائرية لم يعد مجرد تفكير تأملي. بل يمثل فرصة حقيقية للتميّز كجهة مسؤولة بيئيًا، وفي الوقت نفسه بناء أسس أقوى لاستمرارية العمل في ظل الظروف غير المؤكدة.

السياسة والشفافية وفجوات البيانات في الإبلاغ عن استهلاك المياه

إن عدم وجود أساليب قياسية للإبلاغ والشفافية يُبطئ التحسينات في تقليل استهلاك المياه في تصنيع الإضاءة الخارجية. ف многие الشركات التي تصنع مصابيح الطاقة الشمسية الزخرفية لا تتتبع استهلاكها للمياه بشكل مناسب خلال عمليات مهمة مثل تصنيع رقائق السيليكون والتشطيبات المعدنية. ويُصعّب هذا الأمر مقارنة الأداء بين مختلف الشركات المصنعة، ويُخفي ما يحدث في مناطق تعاني من شح حاد في المياه مثل أجزاء من الصين وفيتنام، كما يُبطئ جهود الإنتاج الأخضر. وعندما لا توجد قواعد تلزم الشركات بالإفصاح عن هذه المعلومات، يصبح من المستحيل تقريبًا بالنسبة لها تحديد النقاط التي تُهدر فيها المياه أو إثبات ما إذا كانت الاستثمارات في أنظمة إعادة التدوير تحقق عائدًا ماليًا أم لا. ووفقًا لدراسات حديثة من القطاع، فإن المصانع التي تراقب باستمرار استهلاكها للمياه تنجح عادةً في تقليل الاستخدام بنسبة تتراوح بين 15 إلى 30 بالمئة أسرع لكل منتج يتم إنتاجه. ونحتاج إلى طرق أفضل لقياس البصمة المائية، بما في ذلك النظر إلى المياه الزرقاء (التي تأتي من مصادر المياه السطحية أو الجوفية) والمياه الرمادية (الكمية اللازمة لتنظيف التلوث). ولن يحدث تغيير حقيقي إلا عندما يعمل القطاع معًا لإنشاء معايير إبلاغ محددة تمكن الشركات من المقارنة العادلة بين بعضها البعض، وتحمّل بعضها المسؤولية، وتسريع تطوير منتجات تعمل بالطاقة الشمسية وتستخدم كميات أقل من المياه بشكل عام.

أسئلة شائعة

لماذا يعتبر الماء الفائق النقاء ضروريًا في تصنيع خلايا الطاقة الشمسية؟

الماء الفائق النقاء أمر بالغ الأهمية لأن الشوائب الصغيرة جدًا يمكن أن تقلل كفاءة الخلايا الشمسية من خلال التأثير على طريقة تحويلها للضوء الشمسي إلى كهرباء.

ما التحديات التي تواجه مصنعي المصابيح الشمسية الزخرفية في المناطق شديدة الضغط؟

يواجه المصنعون في مناطق مثل الصين وفيتنام والهند تحديات مثل ندرة المياه، وانقطاع سلسلة التوريد، وزيادة التكاليف بسبب اللوائح الصارمة المتعلقة بمياه الصرف الصحي، والمنافسة على الموارد.

كيف يمكن للمُنتجين الصغار تحسين كفاءة استخدام المياه؟

يمكن للمنتجين الصغار تحسين كفاءة استخدام المياه من خلال اعتماد أنظمة إعادة التدوير المغلقة، واستخدام الموارد بكفاءة، والاستثمار في أنظمة معالجة المياه وإعادة التدوير داخل الموقع.

لماذا توجد حالة من انعدام الشفافية في الإبلاغ عن استهلاك المياه؟

يؤدي انعدام وجود أساليب موحدة للإبلاغ أو لوائح تُلزم الشركات بالإفصاح عن بيانات استهلاك المياه إلى نقص في الشفافية، مما يعرقل التحسينات والمقارنات بين المصنّعين.

ما الفوائد التي توفرها الأنظمة المغلقة لإعادة تدوير المياه؟

تتيح الأنظمة المغلقة لإعادة تدوير المياه للمصانع إعادة استخدام نحو 80٪ من مياه العمليات، مما يقلل من تكاليف المياه العذبة والتخلص من مياه الصرف، ويعزز الاستدامة ويحد من الأثر البيئي.