يقع النموذج الأولي لجهاز تحلية المياه الجديد الذي يعمل بالطاقة الشمسية على قمة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. الصورة: بإذن من الباحثين.

يمكن للمجتمعات الساحلية التي تحتوي على الكثير من الشمس الحصول على مياه عذبة وفيرة دون الحاجة إلى الكهرباء.

طور فريق دولي من العلماء وسيلة رخيصة لتوفير المياه العذبة للمجتمعات المتعطشة عن طريق جعل مياه البحر صالحة للشرب دون استخدام الكهرباء.

ويقولون إنه طالما أن الشمس مشرقة ، فإن أجهزتهم ستنتج ما يكفي من مياه الشرب عالية الجودة لتغطية احتياجات الأسرة ، بتكلفة تبلغ حوالي 100 دولار (77 جنيه إسترليني).

يعتقد العلماء ، من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في الولايات المتحدة وجامعة شنغهاي جياو تونغ بالصين ، أن الموجات الدماغية الخاصة بهم تقدم حلاً بسيطًا للجزر المتعطشة والمناطق الساحلية القاحلة التي تفتقر إلى إمدادات كهرباء موثوق بها ولكن لديها إمكانية الوصول إلى مياه البحر. يمكن أن يساعد حتى في منع بعض الهجرات الجماعية المتوقعة مع تغير المناخ.

مواضيع ذات صلة

عندما يجب على المجتمعات التحرك بسبب تغير المناخ

لاجئ الشعاب المرجانية الانتقال إلى الهروب من البحار الاحترار

كيف تكافح المجتمعات الأسترالية نفايات الطعام باستخدام اقتصاديات دائرية

قام الباحثون بالإبلاغ عن أعمالهم في المجلة الطاقة والعلوم البيئية. اختبار النموذج الأولي الخاص بهم على سقف في معهد ماساتشوستس للتكنولوجياينتجون أكثر من 1.5 غالون من مياه الشرب العذبة كل ساعة لكل متر مربع من مساحة تجميع الطاقة الشمسية.

أجهزتهم على شكل مكعب ، مع طبقات متعددة من المبخرات الشمسية والمكثفات مكدسة واحدة فوق الأخرى ، يعلوها طبقة من العزل الشفاف. في الأساس هو متعدد الطبقات الطاقة الشمسية لا يزال، على غرار تلك المستخدمة منذ قرون لجعل الخمور قوية وتستخدم اليوم في العديد من التطبيقات.

"هذا النهج الجديد مهم للغاية. أحد التحديات التي تواجه تحلية المياه بالطاقة الشمسية لا يزال منخفض الكفاءة. هذه الكفاءة المتزايدة سيكون لها تأثير عام على خفض تكلفة المياه المنتجة "

لا تزال الطاقة الشمسية تستخدم الألواح المسطحة لامتصاص الحرارة التي تنتقل بعد ذلك إلى طبقة من الماء ، والتي تبدأ في التبخر. يتكثف البخار على اللوحة التالية ويتم جمع الماء ، في حين يتم نقل الحرارة الناتجة عن تكاثف البخار إلى الطبقة أعلاه.

كلما تكثف البخار على السطح ، يطلق الحرارة ؛ في أنظمة المكثف النموذجي ، يتم فقد تلك الحرارة ببساطة في البيئة. ولكن في هذا الإصدار متعدد الطبقات ، تتدفق الحرارة المنبعثة إلى طبقة التبخير التالية ، حيث تقوم بإعادة تدوير الحرارة الشمسية وزيادة الكفاءة الكلية.

مواضيع ذات صلة

لماذا من المقرر أن يستمر انقطاع الكهرباء في جنوب إفريقيا للسنوات الخمس القادمة

هذا هو ما تحتاج مدن أستراليا المتنامية إلى فعله لتجنب الجفاف

مع تفاقم حرارة المناخ ، من المرجح أن يصبح العالم أكثر جوعًا

تأتي الكفاءة من استخدام كل مرحلة من المراحل المتعددة لإزالة الملح من مياه البحر ، مع تسخير الحرارة المنبعثة من المرحلة السابقة بدلاً من إهدارها. وبهذه الطريقة ، حقق الجهاز التجريبي للفريق كفاءة إجمالية قدرها 385٪ في تحويل طاقة ضوء الشمس إلى تبخر.

إيفلين وانغ ، مؤلف مشاركقال: "عندما تتكثف من الماء ، تطلق الطاقة كحرارة. إذا كان لديك أكثر من مرحلة واحدة ، يمكنك الاستفادة من هذه الحرارة. "

التكلفة المفاضلة

على الرغم من أن إضافة المزيد من الطبقات يزيد من كفاءة تحويل النظام ، إلا أن كل طبقة تضيف التكلفة والكتلة. استقر الفريق على نظام من 10 مراحل لجهاز إثبات المفهوم.

لقد قدمت المياه النقية التي تجاوزت معايير مياه الشرب في المدينة ، بمعدل 5.78 لتر لكل متر مربع (حوالي 1.52 جالون لكل 11 قدم مربع) من منطقة تجميع الطاقة الشمسية. يقول البروفيسور وانغ إن هذا الرقم يفوق ضعف الرقم القياسي الذي تم إنتاجه سابقًا بواسطة أي نظام تحلية مياه يعمل بالطاقة الشمسية.

وهناك ميزة كبيرة للنظام تتمثل في أنه يحتوي على آلية للتنظيف الذاتي تعمل على تنظيف تراكم الملح كل ليلة وإعادته إلى البحر.

إحدى الطرق الممكنة لاستخدام النظام هي الألواح العائمة على جسم من المياه المالحة. يمكن أن توفر الألواح مياه عذبة ثابتة عبر الأنابيب إلى الشاطئ طالما كانت الشمس مشرقة. يمكن تصميم أنظمة أخرى لخدمة أسرة واحدة ، وربما باستخدام لوحة مسطحة على خزان كبير من مياه البحر الضحلة.

يقدر الفريق أن نظامًا به منطقة تجميع شمسية مساحتها حوالي متر مربع واحد يمكنه تلبية احتياجات شخص واحد من مياه الشرب يوميًا. في الإنتاج ، يعتقدون أن نظامًا مصممًا لتلبية احتياجات الأسرة قد يتم بناؤه مقابل حوالي 100 دولار.

بدائل أرخص

أغلى مكون من النموذج الأولي هو طبقة شفافة ايروجيل يستخدم كعازل في الجزء العلوي من المكدس ، لكن الفريق يشير إلى أنه يمكن استخدام عوازل أخرى أقل تكلفة بدلاً من ذلك. (يتكون airgel نفسه من السيليكا الرخيصة جدًا ولكنه يتطلب معدات تجفيف متخصصة أثناء تصنيعه.)

مواضيع ذات صلة

كيف تبني مدينة مناسبة لموجات 50 الحرارية

التنوع البيولوجي يساعد الشعاب المرجانية على الازدهار - ويمكن أن يكون جزءًا من الاستراتيجيات لإنقاذها

سيكون الأمر صعباً ، لكن يمكننا إطعام العالم بالبروتين النباتي

"هذا النهج الجديد مهم للغاية" ، كما يقول بروفيسور رافي براشر من مختبر لورنس بيركلي الوطني وجامعة كاليفورنيا في بيركلي ، الذي لم يشارك في البحث.

"أحد التحديات التي تواجه تحلية المياه بالطاقة الشمسية لا يزال انخفاض الكفاءة بسبب فقدان الطاقة الكبيرة في التكثيف.

"من خلال حصاد طاقة التكثيف بكفاءة ، يتم تحسين كفاءة الطاقة الشمسية إلى البخار بشكل كبير ... هذه الكفاءة المتزايدة سيكون لها تأثير عام على خفض تكلفة المياه المنتجة" - شبكة أخبار المناخ