باحثون يطورون جهازا ينتج مياها ووقودا في وقت واحد
تاريخ النشر: 29th, November 2023 GMT
طوّر باحثون من جامعة كامبريدج جهازا عائما يعمل بالطاقة الشمسية يمكنه تحويل المياه الملوثة أو مياه البحر إلى وقود هيدروجيني نظيف ومياه نقية في أي مكان في العالم.
وذكرت صحيفة إندبندنت البريطانية أن الجهاز قد يكون مفيدا في الأماكن ذات الموارد المحدودة لتلبية احتياجاتها من موارد المياه والطاقة.
وبحسب البيان الصادر من الجامعة فإن التقديرات تشير إلى أن نحو ملياري شخص في العالم يفتقرون إلى مياه الشرب النظيفة، كما يعيش نحو 775 مليونا من سكان المعمورة دون كهرباء.
وأضاف أن العلماء يتوقعون أن يعمل هذا الجهاز على تغيير قواعد اللعبة في معالجة أزمات المياه والطاقة المتفاقمة في جميع أنحاء العالم.
يقول بيان جامعة كامبردج إن الجهاز مستوحى من عملية التمثيل الضوئي التي تحول النباتات من خلالها ضوء الشمس إلى غذاء، وهي تقنية متداولة في السابق، إلا أن ما يميز الجهاز الجديد قدرته على إنتاج الطاقة من مصادر المياه الملوثة أو مياه البحر وتحويلها إلى مياه صالحة للشرب.
وكان الباحثون قاموا بإيداع محفز ضوئي على شبكة كربونية ذات بنية نانوية، وهي بنية تمتص الضوء والحرارة بشكل جيد، وتولد بخار الماء الذي يستخدمه المحفز الضوئي لإنتاج الهيدروجين.
وقال المعد الرئيسي للدراسة الدكتور تشانون بورنونغروغ من قسم الكيمياء في جامعة كامبردج: إن الجمع بين إنتاج الوقود الشمسي وتنقية المياه في جهاز واحد أمر صعب، إلا أن الاختبارات أظهرت قدرة الجهاز على فصل ذرة الماء بواسطة الطاقة الشمسية إلى هيدروجين وأكسجين.
ويوصي العلماء عند تشغيل الجهاز بستخدام مياه نقية وغير ملوثة، وذلك في بداية العمل فقط، إذ يمكن للمواد الملوثة أن تعبث بإعدادات المحفز أو أن يتسبب بتفاعلات كيميائية جانبية غير مرغوب فيها، وهو ما يمكن تجنبه من خلال الاستعانة بمياه نقية في البداية.
وعن مكونات وعمل الجهاز الجديد يقول بيان الجامعة: إنهم قاموا بتزويده بشبكة كربونية مسامية تعمل على تنقية المياه، كما استخدم الفريق طبقة بيضاء ماصة للأشعة فوق البنفسجية أعلى الجهاز العائم وذلك لإنتاج الهيدروجين عن طريق فصل ذرات الماء كما هو معرف، وينتقل باقي الضوء الموجود في الطيف الشمسي إلى الجزء السفلي من الجهاز، مما يؤدي إلى تبخر الماء، وذلك للاستفادة منه في إنتاج الهيدروجين.
وفي هذا الصدد يقول المعد الرئيسي المشارك أريفين محمد أنور: "إن العملية المعتمدة على الضوء لصنع الوقود الشمسي تستخدم فقط جزءا صغيرا من الطيف الشمسي، ويتبقى قدر كبير من الطيف غير مستخدم".
يقول البيان الصادر من جامعة كامبردج: إن الجهاز الجديد يمكن أن يساعد في معالجة أزمات الطاقة والمياه التي تواجه أجزاء كثيرة من العالم.
وحسب تجارب أجراها الباحثون في نهر كامب في وسط كامبرج، فإن الجهاز قادر على إنتاج مياه نظيفة من المياه شديدة التلوث، ومن مياه البحر.
ومن ناحية أخرى، تشير الكثير من الإحصائيات إلى أن تلوث الهواء الداخلي الناجم عن الطهي باستخدام أنواع الوقود مثل الكيروسين، تتسبب بأكثر من ثلاثة ملايين حالة وفاة سنويا، ويمكن للهيدروجين الأخضر أن يكون بديلا أكثر أمانا.
ويقول المعد الرئيسي المشارك في الدراسة أنور: "إن هذا الجهاز يمكن استخدامه في المناطق النائية أو النامية، حيث تكون المياه النظيفة نادرة نسبياً والبنية التحتية اللازمة لتنقية المياه ليست متاحة بسهولة، كما يكون إنتاج الهيدروجين صعبا للغاية، وبالتالي فإن الجهاز يحل مشكلتين في وقت واحد: يمكنه تقسيم المياه لإنتاج وقود نظيف، كما يمكنه إنتاج مياه شرب نظيفة".
المصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: إنتاج الهیدروجین میاه البحر إن الجهاز
إقرأ أيضاً:
علماء يطورون خلايا عصبية اصطناعية تفكر بنفسها
في تطور مثير في نطاق التشابك بين علم الأعصاب والذكاء الاصطناعي، أعلن فريق دولي من الباحثين عن ابتكار نوع جديد من "الخلايا العصبية الاصطناعية" يُمكنها أن تتعلم وتنظم نفسها بشكل مستقل، دون الحاجة لتوجيه خارجي.
وحسب الدراسة، التي نشرها الباحثون في دورية "بي إن إيه إس"، فإن هذه الخلايا الجديدة تُعرف باسم "الخلايا الإنفومورفية"، وهو اصطلاح يعني "الخلايا العصبية ذاتية التنظيم المعتمدة على المعلومات"، وهي مصممة لتُحاكي طريقة عمل الخلايا العصبية الحقيقية داخل أدمغتنا.
والخلايا العصبية الاصطناعية هي وحدات رياضية مُصممة لمحاكاة وظائف الخلية العصبية الحقيقية؛ إذ تستقبل مدخلات رقمية، وتعالجها، ثم تنتج قيمة معينة استنادا إلى آلية محددة للتعلم والمعالجة.
ومن المعروف أنه في شبكات الخلايا العصبية التقليدية، التي تحاكي الدماغ وتستخدم في تطبيقات الذكاء الاصطناعي الحالية، يتم تنسيق التعلم من الخارج. بمعنى آخر، هناك دائما "مدرب" يُحدد لها ما الذي يجب أن تتعلمه، وكيف تتصرف، هذا المعلم هو الخوارزمية، التي تقود عملية التعلم.
إعلانولكن في الدماغ البشري فإن كل خلية عصبية تتفاعل مع الإشارات المحلية حولها وتتعلم بشكل مستقل. وحسب الدراسة، فإن الخلايا تحاكي هذا الأسلوب الطبيعي، فكل "خلية" تتعلم وتتكيّف بناء على المعلومات التي تصلها من البيئة المحيطة بها فقط، وهذا يجعل النظام أكثر مرونة وكفاءة من حيث استهلاك الطاقة.
لفهم الأمر، تخيل أن الشبكة العصبية الاصطناعية مثل فريق عمل، في حالة الشبكة التقليدية هناك فريق فيه "مدير صارم"، لا يحب أن يقرر أحد من نفسه، ولذلك فكل موظف (خلية عصبية) ينتظر أوامر من المدير، والمدير هو فقط من يحدد من يعمل، ومن يتوقف، ومن يتعاون مع الآخر، الفريق كاملا ينجز مهامه بناء على تعليمات خارجية.
هكذا تعمل الشبكات العصبية التقليدية، فكل خلية عصبية تتبع تعليمات محددة مسبقا (من الخوارزمية)، وتتغير فقط عندما يقوم المدرب بتحديث. على الجانب الآخر، فإن الشبكة الإنفومورفية تشبه فريقا ذكيا بدون مدير، وهنا يقوم كل موظف بمراقبة البيئة من حوله، ويقرر ما هو الضروري.
ومن هنا فإن الموظفين يتعاونون بشكل مرن حسب الحاجة، وكل منهم يتعلّم من نفسه ومن رفاقه، فتكون النتيجة فريقا مرنا، ومتكيفا، يمكنه التعامل مع مواقف جديدة بشكل أسرع.
هكذا تعمل الخلايا الإنفومورفية، فكل خلية عصبية تقرر بنفسها كيف تتعلّم، ومن تتعاون معه، ومتى تتخصص، من دون "مدرب مركزي".
وفي الاختبارات الأولية، بدلا من إعطاء كل خلية "قواعد محددة للتعلم"، قام الباحثون بتحديد أهداف عامة فقط، وتركوها "تكتشف بنفسها" القواعد التي تحقق تلك الأهداف.
بعد ذلك، استُخدم مقياس رياضي قائم على نظرية المعلومات لتمكين كل خلية من اتخاذ قرارات حول أسئلة مثل: هل تتعاون مع خلايا أخرى أم تعمل باستقلالية أم تتخصص في نوع محدد من المعلومات؟ وقد استجابت تلك الخلايا الاصطناعية بفاعلية.
إعلانهذا النوع الجديد من الخلايا يوفر نموذجا مختلفا يمكن أن يكون مفيدا جدا مستقبلا للتعلم الآلي، حيث تتعلم الخلايا العصبية بنفسها من دون الحاجة لتدريب خارجي مكثف، ومن المتوقع أن يؤدي ذلك إلى أنظمة ذكاء اصطناعي أكثر كفاءة وتكيّفا وواقعية.
ويمثل هذا الإنجاز خطوة نحو تقليد كيفية تعلّم الدماغ البشري، مما قد يؤدي إلى ذكاء اصطناعي أكثر طبيعية وأقل اعتمادا على البرمجة الصارمة.
ارتفاع درجات الحرارة على جميع الأنحاء اليوم مع رياح مثيرة للأتربة