تعد تقنية تحلية المياه بالطاقة الشمسية فائقة الشحن الجديدة بتوفير مياه عذبة أرخص من المنتجات المعبأة في زجاجات
قد ينخفض سعر المياه العذبة في المناطق الأكثر جفافاً في العالم قريباً إلى أقل من تكلفة زجاجة المياه القياسية. كشف فريق مشترك من العلماء الصينيين من معهد هندسة العمليات (IPE) في الأكاديمية الصينية للعلوم وجامعة شنتشن عن نموذج أولي لتحلية المياه بالطاقة الشمسية يعمل بدون تكاليف طاقة مرافق. التطوير الرئيسي هو هيكل حراري ضوئي جديد ثلاثي الأبعاد، مصمم خصيصًا لزيادة التبخر الشمسي. وذكر الباحثون أن “التكنولوجيا الجديدة تظهر أيضًا إمكانات اقتصادية واعدة. ويقدر الباحثون أنه بعد عامين من التشغيل، ستكون تكلفة المياه التي تنتجها هذه التكنولوجيا أقل من تكلفة المياه المعبأة التجارية”. إن خياطة “غابة نانوية” لتحلية المياه عادة ما تستهلك الطاقة. التكنولوجيا السائدة على كوكب الأرض، التناضح العكسي، تضخ مياه البحر من خلال الأغشية المجهرية باستخدام كميات هائلة من كهرباء الشبكة. التبخر الشمسي هو البديل الأنظف، لكنه يعاني من مشكلة التكتل. أفضل المواد الممتصة للحرارة هي الجسيمات النانوية المسحوقة متناهية الصغر. ضعها في الماء، وسوف تتجمع معًا مثل الدقيق الرطب، مما يؤدي إلى اختناق بخار الماء الذي كان من المقرر إطلاقه. وللتغلب على هذه العقبة، استخدم العمل الجديد سلاسل متينة من البولي إيثيلين تيريفثاليت (PET) لتشابك الكرات النانوية المجوفة ومتعددة الأصداف (HoMS). مسترشدة بنظرية معلمة قابلية الذوبان هانسن، تم ربط سلاسل البوليمر بـ HoMS، وبالتالي إنشاء اتصال محكم. علاوة على ذلك، تم توجيه خيوط البوليمر بدقة من خلال المسام المجهرية للنانوسفير. بمجرد تبريدها، تتشابك هذه السلاسل. وكانت النتيجة “غابة نانوية” مستقرة بنيويا ثلاثية الأبعاد. فهو يلتقط الضوء، ويحافظ على شكله، ويسمح للمياه بالتدفق بحرية. تحقق هذه المادة الجديدة معدل تبخر يبلغ 38.14 كجم م-2 ساعة-1، وذلك بفضل التكامل المحكم لسلاسل البوليمر مع HoMS. ومن المثير للاهتمام أن هذا المعدل يتفوق على أنظمة الأغشية القياسية ثنائية الأبعاد التي تم الإبلاغ عنها سابقًا بمعامل 8.5. وقال البروفيسور وانغ دان، المؤلف المقابل للدراسة: “إن التحويل الحراري الضوئي الممتاز وقدرة نقل المياه توفر أداء تبخر متميزًا”. وأظهر المزيد من الاختبارات أن المادة احتجزت 90.2% من ضوء الشمس عريض النطاق، مما تسبب في ارتداد الأشعة وتناثرها بشكل متكرر داخل الشبكة ثلاثية الأبعاد. بالإضافة إلى ذلك، أدى تأثير الحبس النانوي الفريد إلى خفض عتبة الطاقة الفيزيائية اللازمة لتغيير الماء من السائل إلى الغاز. فهو يخفض متطلبات طاقة التبخر الإجمالية بنسبة 45.7 بالمائة. اختبار خارجي في حقل تجريبي قام الفريق بتوسيع حجم المادة إلى جهاز خارجي مساحته 0.75 متر مربع. قامت لوحة شمسية صغيرة بتشغيل مروحة لدفع البخار إلى صندوق التكثيف. وكانت هذه هي الآلة الوحيدة المعنية. وبالاعتماد كليًا على ضوء الشمس الطبيعي، تضخ المنصة ما يزيد عن 20 لترًا (5.33 جالونًا) من مياه الشرب النقية يوميًا. وهذا يكفي لتحمل 10 أشخاص. المياه مسحت بسهولة معايير منظمة الصحة العالمية. ولاختبار الاستخدام العملي لها، تم نقل المياه المحلاة عبر الأنابيب إلى قطعة أرض تجريبية. وعلى مدى دورة نمو كاملة، نجحت في تغذية محاصيل صحية من السبانخ والذرة والملفوف الصيني. هل ستنهار؟ المواد الشمسية عادة ما تفعل ذلك. يؤدي ضوء الشمس الشديد إلى تحلل البوليمرات، مما يؤدي إلى تشققها مثل أثاث العشب البلاستيكي الذي تم تركه في حرارة الصيف. ولاختبار المتانة، قام الفريق بغمر المادة المركبة في مياه البحر وتدويرها بمعدل 450 دورة في الدقيقة لمدة 30 يومًا متتاليًا. والمثير للدهشة أنه لم يتم العثور على أي جسيمات نانوية منفصلة تحت المجهر. لم يتم الكشف عن أي جذور حرة ضارة أو شيخوخة المواد تحت التعرض للضوء أيضًا. لقد سجل النموذج الأولي بالفعل عامًا كاملاً من التشغيل المستقر في الهواء الطلق. إن النشر المستقبلي في الجزر النائية والمجتمعات الساحلية القاحلة يعد بجعل التوقعات الاقتصادية للتكنولوجيا أكثر إشراقًا. ونُشرت النتائج في مجلة المواد المتقدمة في 21 يونيو.
تم النشر: 2026-06-30 09:41:00
