اكتشف فريق بحثي في جامعة خليفة أن أداء مولدات البخار باستخدام الطاقة الشمسية يتراجع بسبب فقدان القدرة على امتصاص الضوء لا بسبب الانسداد الطبيعي للمسام بواسطة الملح. وفي واقع الأمر، اكتشف الفريق أيضًا أن وجود الملح يمكنه فعليًا أن يحسن عملية البخر، حتى في غياب الضوء. وتساهم هذه النتائج التي توصل إليها الفريق في إفساح المجال أمام استخدام الطاقة الشمسية وإنتاج المياه العذبة بكفاءة.
ونُشِرَت النتائج في مجلة نيتشر كوميونيكيشنز، ورُصِدَت بواسطة جهاز قابل للتطوير يقوم بتوليد وبلورة البخار من أشعة الشمس، باستخدام تكنولوجيا ذات حقوق ملكية فكرية محمية. وجاءت النتائج في صورة ورقة بحثية متاحة للجميع للاطلاع، بعنوان التقطير المحاكي الحيوي المستدام باستخدام الطاقة الشمسية مع بلورة الحواف من أجل تجميع سلبي للملح وصفر محاليل ملحية، وقد طُوِّرَت بالكامل كجزء من رسائل الماجستير والدكتوراه. وتضمن الفريق البحثي من جامعة خليفة الدكتور تيجون زهانج، عميد مشارك كلية الهندسة والعلوم الفيزيائية وأستاذ الهندسة الميكانيكية والدكتور فيصل المرزوقي، الأستاذ المشارك في الهندسة الكيميائية ومحمد إي. عبد السلام، مهندس أبحاث ومحمد سجاد، خريج والدكتورة عاكفة رازا، عالمة أبحاث.
تعتمد وسائل تحلية مياه البحر غالبًا على الوقود الأُحفوري وتولد محاليل ملحية، وهي منتجات في صورة رواسب متخلفة تساهم في زيادة ملوحة مياه البحر وتسبب الضرر للحياة المائية. ويقوم جهاز توليد وبلورة البخار من أشعة الشمس الذي طوره أعضاء الفريق البحثي في جامعة خليفة بمحاكاة عملية النتح الطبيعية لنباتات القرم: حيث ينتج الماء العذب من مياه البحر الحقيقية ويجمع الملح سلبيًا من دون إفراز محاليل ملحية ولا يحتاج وقودًا أُحفوريًا للتزود بالطاقة. وعلاوة على ذلك، يمكن أيضًا استخدام مولد البخار من الطاقة الشمسية مباشرًة لمعالجة المحاليل الملحية مع صفر إفرازات سائلة، ما يجعل الملح الجاف هو المُنتَج الجانبي الوحيد.
يستطيع الجهاز إذا توافر ضوء الشمس الطبيعي أن ينتج 2.2 لتر من الماء العذب لكل متر مربع يوميًا من من مياه البحر الحقيقية، وهي كمية كافية لتلبية احتياجات الفرد من مياه الشرب. وأما عند تشغيل الجهاز داخل الأماكن المغلقة، فقد حقق نسبة كفاءة بلغت 94% فيما يتعلق بمعالجة مياه البحر الاصطناعية بنسبة ملوحة تبلغ 3.5% عند تعريضه للضوء بكثافة تعادل كثافة الشمس.
وعلى غرار النباتات الملحية، وهي نباتات تتحمل الملوحة، يستخدم الجهاز ساقًا ماصة مسامية مقاومة للتآكل وأوراق متعددة الطبقات تتكون من شبكات ذات تركيب نانوي من التيتانيوم وتتسم بشراهتها الفائقة للماء وانخفاض كُلفتها، لتشكل موردًا ملحيًا بفعل الخاصية الشعرية، ما يتيح توليد البخار والتجميع السلبي للملح بصفة مستمرة. ويترسب الملح في الماء عند الحواف أثناء عمليات البخر التي تتم في ساعات النهار، ما يؤدي إلى تكوين بقعة مسامية. وأما في ساعات الليل، فتأخذ الجاذبية الأرضية مجراها، مما يسبب انفصال بقع الملح عندما تتبلل الأوراق مجدَّدًا بالمياه الملحية. وعلاوة على ذلك، تعمل هذه البقع الملحية المسامية على تحسين أداء عمليات البخر.
وقال الدكتور تيجون زهانج: "يمثل جهازنا للتقطير المحاكي الحيوي باستخدام الطاقة الشمسية خطوة كبرى للأمام في عملية التحلية المستدامة لمياه البحر. لقد استلهمنا الطبيعة في تطوير حل يتسم بالكفاءة والقابلية للتطوير يمكنه الإسهام في التصدي لمشكلة ندرة المياه على مستوى العالم، بينما يقلل في الوقت نفسه من التأثير البيئي إلى أدنى حدٍ ممكن ويستخلص المعادن القَيِّمَة. تُسلط هذه الابتكارات الضوء أيضًا على التطبيقات التجارية المحتملة للعمل الابتكاري في جامعة خليفة".
ترجمة: سيد صالح