الطبيعة والعلوم البيئية > علم البيئة
التقنيّةٌ القديمة الجديدة في التحلية ... هل تروي الظمأ العالمي يوماً؟
استثمرت بعض المجتمعات الغنيّة محطّات تحلية المياه التي تحوِّلُ المياه المالحةَ إلى مياه شربٍ عذبة. لكنّ محطّات التحلية هذه مكلِفةٌ للغاية ولا تستطيعُ معظمُ المجتمعات تحمُّلَ نفقاتِها. فتوصّلَ الباحثون الآن إلى تقنيّةٍ تعملُ بالطاقةِ الشمسيّة تمكّنُنا من تحمُّل تكلفةِ أنظمةِ تحلية المياه ذات النطاق الضيّق، وحتّى ضمن المنازل الفرديّة.
يستخدمُ هذا النهجُ الجديدُ تقنيّةً قديمةً تُعرَفُ بوحدة التقطير الشمسيّ. هذه الوحدات التي هي حاويات كبيرة مُغطّاة بمصائد بلاستيكيّة أو أغلفةٍ زجاجيّة، توجِّه أشعّة الشمس إلى حوضٍ من المياه المالحة. تتبخّرُ المياه، مخلّفةً وراءها الأملاح، ثمّ تتكاثفُ على البلاستيك أو الزجاج حيث تُلتَقَط. لكنّ المشكلة هي الإنتاجية. فالشمس تُبخِّرُ المياه ببطءٍ شديد فتَنتجُ كميّةٌ قليلةٌ جداً من المياه العذبة لا يتكبّدُ معظمُ الناس عناءَ الحصولِ عليها.
مهلاً ... هل حدثناكم عن أحدث التقنيات في هذا المجال لنعود إلى تبخير الماء بالشمس وتكثيفه ببساطة؟!... ليس فعلاً... فالتقنية أعقد من ذلك قليلاً وهي تتعلق بكفاءة وإنتاجية التبخير والتكثيف.
حاولَ الباحثون سابقاً حلّ مشكلةِ الإنتاجيّة بتغطية المياه المالحة بأغشيةٍ عائمة مُنقَّطة بجزيئاتٍ معدنيّةٍ نانوية الحجم، مصنوعة من الذهب عادةً والّذي يُعدُّ جيِّدَ الامتصاص لضوء الشمس، حيث تحوّل الجزيئات النانوية طاقة الشمس إلى نقاطٍ ساخنة صغيرة تبخِّرُ المياه بفعاليّة. ولكنّ الذهب وغيره من المعادن النفيسة والتي تؤدّي هذا العمل بكفاءة باهظةَ الثمن.
أمّا اليوم، قامَ باحثوا جامعة نانجينغ في الصين بتخطّي هذه المشكلة عبر تصميم جهاز امتصاصٍ شمسيّ للعمل مع الألمنيوم، المعدن الأكثر وفرةً وأقل كلفةً.
يعتبر الألمنيوم جيّد الامتصاص للضوء فوق البنفسجيّ فقط، أي يمتص شريحةً صغيرة من الطيف الشمسي، لكنّ الباحثين قاموا بتوسيع طيف هذا الامتصاص بخطوتين. الأولى، بثقبِ الصفيحة بصفوفٍ منتظَمة من الثقوب التي يصل قطرها إلى300 نانومتر. مهمتها منعُ الضوء من الانعكاس عن سطح الصفيحة وتبدّدُه عبر الغشاء العائم، ممّا يزيد من احتمالات امتصاصه. أما الثانية؛ فهي تغشية صفيحة الألمنيوم بجرعةٍ إضافيّة من أوكسيد الألمنيوم، ليشكّلَ طبقةً رقيقةً على السطح. أمّا في الثقوب، فتجمّعت ذرّات الألمنيوم على شكلِ "جُزُرٍ" صغيرة لتزيد احتماليّة امتصاص ضوء الشمس. لتوضيح ما سبق نرى في الشكل التالي بنية الصفيحة العالية التأيُّن القائمة على الألمنيوم والتي تتألّف من ثلاثة طبقات:
1- غشاء مصعدي (موجب) شفّاف من أوكسيد الألمنيوم مع الثقوب النانوية (AAM) ويعمل على تعزيز الامتصاص الكلّي للضوء بسبب تخفيض سطح الانعكاس وزيادة تشتيت الضوء إلى الداخل.
2- طبقة جسيمات نانوية من الألمنيوم المُتراصّ (AL NP) على طول السطح الجانبي للثقوب النانوية
3- طبقة رقيقة من الألمنيوم (AL foil) على سطح غشاء (AAM)
تعمل جُزُر الألمنيوم داخل الثقوب عملَ جزيئات الذهب، مشكِّلةً نقاطاً ساخنةً صغيرة تبخِّرُ المياه بفعاليّةٍ في تلك المناطق، ومكّنت هذه الطريقةُ الباحثين من تنقية مياهٍ مالحة أسرع بثلاث مرّاتٍ فيما لو عَمِلت بدون الصفيحة بحسب ما نُشِرَ في مجلة Nature Photonics.
هل ترون في هذا النوع من الصفائح حلاً واعداً؟ وهل تتخيلون كمية المياه التي بالإمكان الحصول عليها في الدول ساطعة الشمس إذا ما استخدمت التقنية على نطاق واسع؟!
المصدر
اقرأ أيضاً: باحثون مصريون يكتشفون طريقةً فعـّالة لتحلية مياه البحر:
تشعر بالعطش؟... تناول كوباً من ماء البحر