تقنية

يقوم الباحثون ببناء نظام تحلية منخفض التكلفة يعمل بالطاقة الشمسية يمكن أن يساعد في توفير المياه المحمولة


توصل فريق من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) وجامعة شنغهاي جياو تونغ في الصين إلى نظام تبخر شمسي سلبي غير مكلف يمكن استخدامه لتنظيف مياه الصرف الصحي أو تحلية المياه المالحة من أجل توفير المياه الصالحة للشرب. تستخدم معظم المحاولات الحديثة لتحلية المياه بالطاقة الشمسية نوعًا من الفتيل لسحب المياه المالحة من خلال الجهاز. لكن هذه الفتائل تواجه مشكلة تراكم الأملاح التي تؤدي إلى انخفاض كفاءة النظام وتتطلب صيانة دورية ودورية ، مما يجعلها أكثر تكلفة وأقل عملية بكثير.

كانت نتائج البحث الجديدة نشرت في ورقة في مجلة Nature Communications بقلم لينان تشانغ ، طالب الدراسات العليا بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وشيانغيو لي ، أستاذ الهندسة الميكانيكية ، إيفلين وانغ ، وأربعة آخرين.

من أجل تجنب مشكلة تراكم الملح ، أنشأ الفريق نظامًا خالٍ من الفتيل. يتميز نظامهم بتصميم متعدد الطبقات مع مواد داكنة في الأعلى لامتصاص حرارة الشمس ، تليها طبقة رقيقة من الماء فوق طبقة مثقبة من المواد ، والتي هي نفسها فوق خزان من المياه المالحة أو غير الصالحة للشرب مثل الخزان. أو بركة.

“كان التطور الأخير يستخدم هياكل الفتيل والمواد الجديدة لتحقيق أداء عالٍ. ولكن بسبب ضغط الالتقاط ، فإنك تقيد تدفق الكتلة. فقط المياه العذبة تتبخر. هذا يترك الكثير من الملح في هذا الهيكل المسامي المحصور. يؤدي هذا إلى تراكم الكثير من الملح ، بحيث يتوقف النظام عن كونه فعالاً. هذا يخلق مشكلة موثوقية. قال Xiangyu Li لـ Indianexpress.com: “نحن نستخدم التقاليد الطبيعية لتجنب استخدام مثل هذه المواد”.

يتم حل مشكلة تراكم الملح باستخدام نظام خالي من الفتيل. (رصيد الصورة: MIT)

بعد الكثير من التجارب ، حدد الباحثون الحجم الأمثل للثقوب المحفورة من خلال المادة المثقبة (التي كانت عبارة عن مادة البولي يوريثين أثناء التجارب): بعرض 2.5 ملم. أثناء التجربة ، تم عمل الثقوب باستخدام دفع الماء عالي الضغط لكن لي لا يستبعد إمكانية استخدام طرق أخرى لإنشاء الثقوب.

عندما تصبح المياه فوق الطبقة أكثر ملوحة وملوحة بسبب التبخر ، تسهل الثقوب الصغيرة تبادل الملح بين الماء في الأعلى والخزان تحته. يحدث هذا بسبب الاختلاف في الكثافة بين الماء مع الملح المتراكم فوقه والماء تحته.

“عندما تنظر إلى طريق في يوم حار ، ترى بعض الأشياء الشبيهة بالموجات في الاختلاف ، وهذا يحدث بسبب حقيقة أن الهواء الساخن بالقرب من السطح يكون أكثر سخونة ، مما يخلق تدفقًا تقليديًا يتسبب في الانكسار الذي تدركه ‘أمواج’. وأوضح لي أن جهازنا يعمل على فرضية مماثلة ، بناءً على الكثافة المختلفة للماء في الطبقتين.

“على عكس التصميمات الأخرى ذات المشكلات المتعلقة بالموثوقية ، فإننا نستخدم التقاليد الطبيعية ، بالاعتماد على هندسة الجهاز. تم تشييده بالكامل من مواد منزلية حصلنا عليها عبر أمازون. وفقًا لتقديراتي ، سيكلف الجهاز حوالي 4 دولارات للمتر المربع الواحد “.

بالطبع ، هذا الجهاز يهتم فقط بجزء واحد من العملية: التبخر. لكي يصبح نظامًا يعمل بكامل طاقته ، سيحتاج أيضًا إلى مكثف منفصل. لكن لي يعتقد أنه يمكن بناء جهاز مكثف ليكون بنفس فعالية تكلفة المبخر.

في الظروف المثالية ، يجب أن يكون الجهاز الذي تبلغ مساحته مترًا مربعًا مثل الجهاز الموصوف لـ Li قادرًا على إنتاج حوالي 6.5 لترًا من الماء.

لا يخلو الجهاز من قيود: فالحاجة إلى خزان مثل الخزان أو البركة تعني أنه سيكون من الصعب نشره في المناطق القاحلة حقًا. بدلاً من ذلك ، يهدف إلى أن يكون حلاً لامركزيًا لتحلية وتنقية المياه للعائلات والمجتمعات التي تعيش في المناطق النائية حيث تجعل الجغرافيا والعوامل الأخرى من الصعب الوصول إلى المياه المحلاة من محطة مركزية.

أيضًا ، من المحتمل أن يكون الجهاز على بعد سنوات من مرحلة يمكن إنتاجه أو نشره بكميات كبيرة حيث لا يزال الباحثون يعملون على تحسين كفاءته التشغيلية وفهم التعديلات التي يجب إجراؤها بناءً على عوامل بيئية ومصدر مختلفة مثل جودة مياه الخزان ودرجة الحرارة وما إلى ذلك.



مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى