Αξιοποίηση της ενέργειας του ήλιου για παραγωγή βροχοπτώσεων

Αξιοποίηση της ενέργειας του ήλιου για παραγωγή βροχοπτώσεων

Αριθμητικές προσομοιώσεις δείχνουν ότι οι εγκαταστάσεις φωτοβολταϊκών πάνελ θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην αντιμετώπιση της αυξανόμενης κρίσης νερού στη Σαουδική Αραβία.

Η εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών κατά μήκος ενός τμήματος της δυτικής ακτής της Σαουδικής Αραβίας θα μπορούσε να δημιουργήσει αρκετό βρόχινο νερό για να καλύψει τις ετήσιες ανάγκες κατανάλωσης 5 εκατομμυρίων ανθρώπων. Μια διεθνής ομάδα ανέπτυξε ένα μοντέλο πρόγνωσης καιρού και το δοκίμασε χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν στον υπερυπολογιστή Shaheen II της KAUST.

Η Σαουδική Αραβία βρίσκεται εν μέσω σοβαρής κρίσης σχετικά με τη διαχείριση των υδάτινων πόρων. Το βασίλειο αντιμετωπίζει αυξανόμενη ζήτηση νερού καθώς ο πληθυσμός του αυξάνεται και οι βιομηχανικές και γεωργικές δραστηριότητες εντείνονται. Ταυτόχρονα, τα υπόγεια ύδατα της χώρας, ηλικίας 9.000 ετών, από βαθείς υδροφόρους ορίζοντες εξαντλούνται ταχύτατα, ενώ οι ήδη μικρές ετήσιες βροχοπτώσεις μειώνονται στις περισσότερες περιοχές. Ωστόσο, με 300 τόνους ετησίως, η Σαουδική Αραβία έχει ένα από τα υψηλότερα κατά κεφαλήν ποσοστά κατανάλωσης νερού στον κόσμο. Η αφαλάτωση και η επεξεργασία του νερού παρέχουν 2 γιγατόνους νερού ετησίως. Ωστόσο, και οι δύο διεργασίες είναι ενεργοβόρες και αδυνατούν να καλύψουν τις αυξανόμενες απαιτήσεις σε νερό της χώρας.

Με επικεφαλής τον Georgiy Stenchikov του KAUST, η ομάδα είχε στόχο να ανακαλύψει εάν οι σκόπιμες αλλαγές σε μια περιοχή 150 x 103 km2 της δυτικής ακτής της Σαουδικής Αραβίας θα μπορούσαν να αυξήσουν τις βροχοπτώσεις στην περιοχή αξιοποιώντας τα 2 μέτρα νερού που εξατμίζονται από την Ερυθρά Θάλασσα κάθε χρόνο. Η ομάδα επιστημόνων από τη Σαουδική Αραβία, τη Γερμανία, τη Γαλλία και τη Ρωσία διαμόρφωσε ένα μοντέλο πρόγνωσης καιρού ειδικό για την περιοχή ενδιαφέροντος. Έπειτα έτρεξαν προσομοιώσεις στον υπολογιστή Shaheen II του KAUST που ενσωμάτωσαν ήδη γνωστά δεδομένα για τις θερμοκρασίες της επιφάνειας της θάλασσας και της γης, τους ανέμους, την τοπογραφία της γης και τις βροχοπτώσεις με σενάρια στα οποία άλλαξαν διάφορα χαρακτηριστικά της γης όπως την έκταση της βλάστησης, την υγρασία του εδάφους και τη λευκαύγεια του εδάφους.

Harnessing the sun’s energy for rainfall from KAUST Research on Vimeo.

«Η μελέτη μας έδειξε ότι η μείωση του κλάσματος του ηλιακού φωτός που αντανακλάται από την επιφάνεια της Γης – γνωστή ως η λευκαύγεια του εδάφους (albedo) – θερμαίνει τη γη, αυξάνοντας την αντίθεση θερμοκρασίας μεταξύ αυτής και του ψυχρότερου ωκεανού», εξηγεί ο μετεωρολόγος του KAUST, Σουλεϊμάν Μοστμαντί. «Αυτό ενίσχυσε τη θαλάσσια αύρα, η οποία με τη σειρά της μετέφερε περισσότερους υδρατμούς στο εσωτερικό, αυξάνοντας τις βροχοπτώσεις».

Είναι σημαντικό ότι η ομάδα έδειξε ότι το επιφανειακό albedo θα μπορούσε να μειωθεί επαρκώς με την εγκατάσταση ηλιακών συλλεκτών κατά μήκος ενός τμήματος της δυτικής παράκτιας πεδιάδας της Σαουδικής Αραβίας, παράγοντας 1,5 γιγατόνους επιπλέον βρόχινου νερού κάθε χρόνο. «Οι ηλιακοί συλλέκτες θα απορροφούσαν περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία από τη φυσική κάλυψη γης, προκαλώντας τελικά βροχοπτώσεις», εξηγεί ο Mostamandi.

Συγκεκριμένα, η Σαουδική Αραβία διαθέτει ήδη ένα δίκτυο τεχνητών δεξαμενών νερού που θα μπορούσαν να αυξηθούν για τη συλλογή και αποθήκευση του αυξημένου όμβριου νερού. Θα χρειαστούν περαιτέρω πειράματα πεδίου για την απόδειξη της ιδέας.

Οι προσομοιώσεις έδειξαν επίσης ότι η αύξηση των δασών στην παράκτια περιοχή της Ερυθράς Θάλασσας δεν προκάλεσε αποτελεσματικά βροχοπτώσεις. Αυτό το εύρημα υπογραμμίζει την ανάγκη για ενδελεχή αξιολόγηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων των σχεδιαζόμενων μεγάλης κλίμακας έργων πρασίνου στη Σαουδική Αραβία και τη Μέση Ανατολή.

Πηγή: Mostamandi, S., Predybaylo, E., Osipov, S., Zolina, O., Gulev, S., Parajuli, S.& Stenchikov, G. Sea breeze geoengineering to increase rainfall over the Arabian Red Sea coastal plains. Journal of Hydrometeorology 23, 3-24 (2022).

Εικόνα άρθρου: © 2022 KAUST; Ivan Gromicho.