تقنية جديدة لحصاد الماء من الهواء بالطاقة الشمسية
تاريخ النشر: 17th, December 2023 GMT
تمكن فريق من الباحثين في جامعة شنغهاي جياو تونغ في الصين من ابتكار تقنية تقوم بحصاد الماء من الهواء مباشرة، وذلك باستخدام مواد مرطبة (Hygroscopy Materials) تعمل على جذب وامتصاص جزيئات الماء من الهواء.
وجاء ذلك في الدراسة التي نشرتها دورية أبلايد فيزيكس ريفيوز (Applied Physics Reviews) في عددها الصادر يوم 5 ديسمبر/كانون الأول الجاري.
وبحسب البيان الصادر من المعهد الأميركي للفيزياء الذي تبنى الدراسة، فإن التقنية المبتكرة هي تقنية بسيطة وغير مكلفة، وبالتالي ستكون مناسبة للاستخدام على نطاق واسع.
ووفقا لما ورد في بيان المعهد الأميركي للفيزياء فهناك أكثر من 2.2 مليار إنسان يعانون من الإجهاد المائي، وتشير تقديرات الأمم المتحدة إلى أن 3.5 ملايين شخص يموتون كل عام بسبب أمراض مرتبطة بالمياه.
وبالنظر إلى أن المناطق الأكثر احتياجا إلى مياه الشرب المحسنة تقع أيضا في بعض أكثر الأماكن المشمسة في العالم، فهناك اهتمام قوي بتسخير ضوء الشمس للمساعدة في الحصول على المياه النظيفة.
ولحل مشكلة الحصول على ما يكفي من مياه الشرب، وخاصة في المناطق الجافة، عمل الباحثون في جامعة شنغهاي جياو تونغ على ابتكار تقنية تعمل على توفير المياه بواسطة الطاقة الشمسية، واستخدام مادة هلامية وأملاح مرطِّبة تعمل على امتصاص الماء من الغلاف الجوي.
وفي هذا الصدد يقول رئيس الفريق البحثي لهذا الابتكار روتشو وانغ من جامعة شنغهاي جياو تونغ: "إنه لأجل التخفيف من معاناة الإجهاد المائي، فإنه يمكن استخدام تقنية حصاد المياه الجوية هذه لزيادة الاحتياجات اليومية من إمدادات المياه، مثل مياه الشرب المنزلية والمياه الصناعية ومياه النظافة الشخصية".
من ناحية أخرى ذكر بيان المعهد الأميركي للفيزياء أن التقنية المبتكرة تعتمد على تصنيع مادة هلامية فائقة الرطوبة قادرة على امتصاص كمية كبيرة من الماء والاحتفاظ بها، حيث يمكن لكيلوغرام واحد من الهلام الجاف أن يمتص 1.18 كيلوغرام من الماء في البيئات الجوية القاحلة، وما يصل إلى 6.4 كيلوغرامات في البيئات الجوية الرطبة.
الاسترطاب هو قدرة المادة على جذب جزيئات الماء من البيئة المحيطة عن طريق الامتصاص، ويتم ذلك بحدوث تغيير فيزيائي في المادة الماصة عند تعلق جزيئات الماء فيها، وذلك إما بزيادة الحجم أو الالتصاق أو غيرها من الخواص الفيزيائية.
وتشمل المواد المسترطبة ألياف السيليلوز (كالقطن والورق) والسكر والكراميل والعسل والغليسيرول والإيثانول والميثانول ووقود الديزل وحمض الكبريت والكثير من الأملاح بما فيها ملح الطعام، والكثير من المواد الأخرى.
ويمكن مشاهدة الاختلاف بالاسترطاب عادة في غلاف الكتب الورقية المغلف بطبقة بلاستيكية عند حدوث رطوبة مفاجئة بالجو، فغلاف الكتاب سيلتف ويلتوى مبتعداً عن بقية الكتاب، لأن الوجه غير المغلف بطبقة البلاستيك سيمتص رطوبة أكبر وتزداد مساحته، مما يؤدي إلى إجهاد يلف الغلاف نحو الوجه المغطى بالبلاستيك.
ووفقا لمبدأ استرطاب المواد الهلامية والأملاح، تعمل هذه التقنية في حصاد الماء من الغلاف الجوي، والذي تحقق في التجربة المعملية التي قام بها الباحثون على جهازهم المبتكر.
وفي هذا الصدد يقول بيان المعهد الأميركي للفيزياء: تاريخيا واجه الباحثون تحديات عند حقن الملح في الهلاميات المائية حيث إن المحتوى العالي من الملح يقلل من قدرة التورم في الهلاميات المائية بسبب تأثير التمليح، وأدى ذلك إلى تسرب الملح وانخفاض قدرته على امتصاص الماء.
ويقول مؤلف الدراسة وانغ: "لقد تأثرنا بأنه حتى عندما حُقن ما يصل إلى 5 غرامات من الملح في غرام واحد من البوليمر، حافظ الهلام الناتج على انتفاخ جيد وخصائص احتجاز الملح".
ولهذا قام الباحثون بتصنيع هلام فائق الاسترطاب باستخدام مشتقات نباتية وأملاح استرطابية قادرة على امتصاص كمية لا مثيل لها من الماء والاحتفاظ بها، حيث أصبح بإمكان كيلوغرام واحد من الهلام الجاف أن يمتص 1.18 كيلوغرام من الماء في البيئات الجوية القاحلة، وما يصل إلى 6.4 كيلوغرامات في البيئات الجوية الرطبة.
بالإضافة إلى ذلك، اعتمد الفريق نموذجا أوليا لهذه التقنية مزودا بغرفتي امتزاز وتكثيف تم تكوينهما بالتوازي، إذ استخدم الباحثون توربينا في غرفة التكثيف لزيادة استخلاص الماء الممتص إلى أكثر من 90%.
وفي عرض نموذجي خارجي، وجد الفريق أن تقنيتهم تطلق الماء الممتز (أي الماء الذي تم جذبه وامتصاصه من الغلاف الجوي) حتى في الصباح أو بعد الظهر عندما تكون الشمس ضعيفة، وبالتالي يمكن للنظام أيضا تحقيق الامتزاز خلال النهار.
وسيعمل الفريق على تحقيق عملية جذب الماء وامتصاصه من الغلاف الجوي، وذلك باستخدام الطاقة المتجددة للحصول على إنتاجية عالية من الماء، وكذلك لزيادة تحسين أداء النظام للتطبيقات العملية في توليد المياه.
من ناحية أخرى يرى الباحثون أن هذه التقنية يمكنها أيضا أن تلعب دورا مهما في التطبيقات المستقبلية مثل إزالة الرطوبة والري الزراعي والإدارة الحرارية للأجهزة الإلكترونية.
————————————————————————-
المصادر: البيان الصادر من المعهد الأميركي للفيزياء Harvesting Water from Air with Solar Power الدراسة المنشورة في مجلة الجمعية الكيميائية الأميركية Daytime air–water harvesting based on super hygroscopic porous gels with simultaneous adsorption–desorption featuredالمصدر: الجزيرة
كلمات دلالية: من الغلاف الجوی على امتصاص الحصول على میاه الشرب من الماء تعمل على الماء من
إقرأ أيضاً:
تغيير خط الطرد بمحطة مياه الجرايدة ببيلا في كفر الشيخ بتكلفة 2.5 مليون جنيه
أعلن اللواء دكتور علاء عبد المعطي، محافظ كفر الشيخ، اليوم السبت، عن بدء أعمال تغيير خط طرد محطة مياه الشرب بقرية الجرايدة بمركز بيلا، وتنفذه شركة مياه الشرب والصرف الصحي بالمحافظة، وذلك قبل البدء في أعمال رصف الطريق، وحفاظاً على سلامة وصحة المواطنين من الأضرار التي تسببها الخطوط القديمة.
تغيير خط الطرد بمحطة مياه الجرايدة بمركز بيلا بتكلفة 2.5 مليون جنيهوقال المحافظ، في بيان: إنّ خط الطرد تم تنفيذه بطول 250 مترا وقُطر 500 مم، حيث يبدأ من محطة مياه الشرب بالجرايدة حتى كوبري البشمة بتكلفة مالية وصلت إلى 2.5 مليون جنيه، باستخدام مواسير البولي ايثيلين المضغوط، والتي تتميز بالعمر الافتراضي الطويل، وسرعة التركيب، ولا تحتاج إلى وصلات ومقاومة عالية للتآكل نتيجة المواد الكيميائية، ولا تتعرض للصدأ، فضلاً عن أنّ الجدار الداخلي لا يتعرض إلى الترسّبات.
وأشاد محافظ كفر الشيخ، بالجهود التي تبذلها شركة مياه الشرب والصرف الصحي بالمحافظة، لإنهاء أعمال تغيير خط الطرد في وقت قياسي، مشدداً على الالتزام بكافة الاشتراطات الخاصة بالسلامة والصحة المهنية بمواقع العمل، مؤكداً أنّ سلامة العاملين والمواطنين في مواقع العمل تأتي على رأس أولويات المحافظة.
المحافظ يُكلّف بسرعة الانتهاء من أعمال تغيير خط الطرد بمحطة مياه الجرايدةوكلّف المحافظ، بسرعة الانتهاء من أعمال تغيير خط الطرد بمحطة مياه الجرايدة، ورد الشىء لأصله، ورفع مخلفات التركيب، تمهيداً لرصف الطريق مع التأكيد على رفع أي إشغالات تعوق حركة السير، وكذلك الاهتمام بالمظهر الحضاري للشوارع والميادين العامة.
التخطيط: منصة الرقم الوظيفي جمعت بيانات نحو 4 ملايين موظف