استخدام الفحم لإنتاج ماء نقي صديق للبيئة

باحثو «كاوست» يطورون جهازاً لتحلية المياه بالطاقة الشمسية

استخدام الفحم لإنتاج ماء نقي صديق للبيئة
TT

استخدام الفحم لإنتاج ماء نقي صديق للبيئة

استخدام الفحم لإنتاج ماء نقي صديق للبيئة

وجد باحثون أنه يمكن استخدام كتل مضغوطة من مسحوق الفحم أساساً لعمليات تنقية المياه بالطاقة الشمسية، وبمعزل عن شبكات توزيع الكهرباء. ويعكف بعض الشركاء التجاريين حالياً على تطوير هذه التقنية بغية إنتاج مياه الشرب على نطاق تجريبي.

مواد داكنة

تتركز أبحاث البروفسور أندريا فراتالوشي، أستاذ الهندسة الكهربائية والحاسوبية في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) على المواد داكنة اللون التي تمتصُّ أشعة الشمس بقدرة فائقة، وتلعب دوراً مهماً في عمليات تحلية مياه البحر.

وفي خلال دراسة فراتالوشي التحديات الاقتصادية التي تواجه مساعي إنهاء توظيف الفحم في توليد الطاقة، عثر على فكرة جديدة لاستخدام الفحم.

يتذكر فراتالوشي تلك اللحظة بقوله: «هنا، التقت الفكرتان معاً، لماذا لا نستخدم الفحم لخلق مسار اقتصادي جديد في مجال تحلية المياه؟».

من هذا المنطلق، شرع فراتالوشي وفريقه البحثي في دراسة الاستعانة بكتل من مسحوق الفحم المضغوط (CCP)، وهي مادة ذات مسام متناهية الدقة تَنتُج من تحويل مسحوق الفحم إلى كتل بفعل الضغط الشديد. ومرَّر الفريق أليافاً قطنية خلال هذه المادة لتيسير عملية مرور المياه داخل ثنايا الكتل الفحمية وتدفقها من خلالها.

ثم وضع الفريق كتلة من هذه المادة فوق إناء مملوء بالمياه المالحة لتُلامس الألياف القطنية الماء. وعند تعرّض مسحوق الفحم المضغوط للتسخين بفعل أشعة الشمس، بدأ الماء يتدفق عبر الجهاز ويتبخر من خلال سطحه الساخن. بعدها، جمع مُكثِّفٌ مُثبَّتٌ فوق الجهاز المياهَ النقية الناتجة.

أما الملح الذي بقي عالقاً داخل كتلة مسحوق الفحم المضغوط فيمكن شطفه بواسطة مياه البحر.

تقول الدكتورة مارسيلا بونيفاتزي التي أجرت أبحاث ما بعد الدكتوراه في مختبر فراتالوشي: «يتوفر مسحوق الفحم المضغوط في الطبيعة، وهو مادة منخفضة التكلفة فضلاً عن خفة وزنه وتنوّع فوائده، وقابلية التوسع الكبير في استخداماته التصنيعية. لقد نجح الجهاز في إنتاج المياه العذبة بتكلفة لا تزيد على ثلث تكلفة أحدث التقنيات الحالية في مجال تحلية المياه بالطاقة الشمسية».

الاستخدام التجاري

ومن جانبه يوضح الدكتور فاليريو ماتزوني، الذي شارك أيضًا في ابتكار الجهاز خلال عمله في إطار أبحاث ما بعد الدكتوراه، أن الجهاز قادر على توفير المياه العذبة لمن يواجهون نقصاً في المياه نتيجة عجز التدابير الاقتصادية، الذين يبلغ عددهم 1.6 مليار إنسان حول العالم.

ويضيف ماتزوني: «تؤكِّد التقارير الواردة من منظمة الأمم المتحدة، أن إتاحة المياه لأغراض الإنتاج الزراعي، حتى إذا كان ذلك لمجرّد الري التكميلي لحديقة خضراوات أو محاصيل مزروعة على نطاق صغير، يجعل من الزراعة وسيلة للبقاء على قيد الحياة، وليس مجرّد نشاط موثوق لكسب العيش».

وتشير حسابات الفريق إلى أن «إقامة نظام لتحلية المياه باستخدام مسحوق الفحم المضغوط على مساحة تبلغ 16 متراً مربعاً، ستوفّر ما يكفي من المياه لتلبية احتياجات الشرب والطهي وري الخضراوات، لأسرة عادية مكونة من أربعة أفراد».

وفي الوقت الحاليّ، يتعاون الباحثون مع شريك تجاري، وهو شركة «بيرا» PERA التي يقع مقرها في هولندا، لإنتاج مثل هذا الجهاز وطرحه بالأسواق. تقول بونيفاتزي: «تسعى شركة (بيرا) إلى إقامة مشروع تجريبي لتحلية المياه منخفضة الملوحة في البرازيل، ليكون حلاً نهائياً يضمن الوفاء؛ ليس فقط باحتياجات مياه الشرب والطهي، ولكن كذلك بمتطلبات إنتاج الأغذية الأساسية، ما سيعود بالفائدة على ملايين البشر في منطقة شمال شرق البرازيل التي تتصف بالمناخ شبه الجاف».



لا هي كواكب ولا نجوم... «أقزام بنية» غير مألوفة تدور في مجرّتنا

يُظهر هذا الانطباع الفني غير المؤرخ الذي نشرته وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) في 21 يونيو 2024 قزما بنيا يدور بالقرب من نجم ساطع (أ.ف.ب)
يُظهر هذا الانطباع الفني غير المؤرخ الذي نشرته وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) في 21 يونيو 2024 قزما بنيا يدور بالقرب من نجم ساطع (أ.ف.ب)
TT

لا هي كواكب ولا نجوم... «أقزام بنية» غير مألوفة تدور في مجرّتنا

يُظهر هذا الانطباع الفني غير المؤرخ الذي نشرته وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) في 21 يونيو 2024 قزما بنيا يدور بالقرب من نجم ساطع (أ.ف.ب)
يُظهر هذا الانطباع الفني غير المؤرخ الذي نشرته وكالة الفضاء الأوروبية (ESA) في 21 يونيو 2024 قزما بنيا يدور بالقرب من نجم ساطع (أ.ف.ب)

أتاح «إنجاز تكنولوجي» لتلسكوبَي «غايا» (Gaia) الفضائي و«غرافيتي» (Gravity) الأرضي في تشيلي اكتشاف نوع غير مألوف من «الأقزام البنية»، وهي أجرام سماوية لا تتوافر عنها حتى الآن معطيات كثيرة، ولهذا النوع الجديد مواصفات تضعه في مرتبة وسطية بين الكواكب والنجوم، بحسب ما أفادت دراسة نشرتها «وكالة الصحافة الفرنسية».

وتتسم «الأقزام البنية» بأنها أكبر من الكواكب لكنّها أصغر من النجوم، ويصعب اكتشافها بسبب ضعف توهجها، حتى أن القدرة على رؤيتها تتدنى عندما تكون بالقرب من نجم أكثر سطوعاً بألف مرة.

وأوضح أحد معدّي الدراسة المنشورة هذا الأسبوع في مجلة «استرونومي أند أستروفيزيكس» الباحث في المركز الوطني الفرنسي للبحوث العلمية سيلفستر لاكور لـ«وكالة الصحافة الفرنسية»، أن رصد عدد كبير من هذه «الأقزام البنية» أتيح «بفعل كونها كانت تتجول بمفردها مثل أجسام معزولة، مما حال دون الانبهار بالنجم».

لكنّ أقزاماً بنية رصدت للمرة الأولى وهي تدور بالقرب من نجومها المضيفة، على مسافات تعادل تلك التي تفصل الأرض عن الشمس.

واستند علماء الفلك إلى أحدث قائمة لما رصده المسبار الفضائي الأوروبي «غايا» الذي يرسم خرائط للنجوم في مجرّة درب التبانة، تُبيّن مواقعها. وقال عالم الفيزياء الفلكية إن بعض هذه النجوم أظهرت «حركة مدارية مختلفة جداً تحمل على الاعتقاد بأن قزماً بنياً ربما يدور حولها».

واختيرت من بين آلاف النُظُم النجمية ثمانية لإخضاعها للدرس. واستناداً إلى هذه المؤشرات، ركّزت أداة «غرافيتي» في «التلسكوب الكبير جداً» التابع للمرصد الأوروبي الجنوبي في تشيلي على «الموقع المتوقع»، وفق ما شرحت الباحثة في جامعة «غرونوبل آلب» والتي شاركت في الدراسة كارين بابوزيو لـ«وكالة الصحافة الفرنسية».

وتولى مقياس التداخل، بصفته عدسة مكبّرة، إجراء قياس دقيق للأجسام التي سبق أن رصدها «غايا»، مما مكّن العلماء من تحليل توهجها وكتلتها، واستنتاج وجود «أقزام بنية» لخمسة من النُظُم النجمية الثمانية.

وتبيّن أن هذه «الأقزام البنية» التي تُعَدُّ بمثابة «الرفيقة الخفيّة» للنجوم، وتقع على بعد أقل من 200 سنة ضوئية من الأرض، ذات كتلة تَفوق بما بين 60 و80 مرة كتلة المشتري.

وسيتيح هذا الاكتشاف تكوين فكرة أفضل عن ماهية «الأقزام البنية»، وهي أجرام سماوية يمكن مقارنتها بـ«النجوم المجهضة».

ويهتم العلماء خصوصاً بمعرفة ما إذا كانت هذه الأجسام «تولد مثل النجوم، بواسطة سحابة غازية مضغوطة، أو مثل الكواكب، على أطراف قرص تراكم حول نجم»، وفق ما أوضح سيلفستر لاكور.

وعلى عكس النجم، لا يحرق «القزم البني» الهيدروجين في قلبه، ولذلك هو أقل سطوعاً بكثير (أقل بألف مرة في حالة هذه الدراسة)، لكنه مع ذلك يُصدر تدفقاً ضوئياً لا تمتلكه الكواكب.

ويأمل الباحثون في أن تكون الخطوة التالية اكتشاف الكواكب الخارجية بفضل القدرات المجتمعة لتلسكوبَي «غايا» و«غرافيتي» التي تتيح مراقبتها المباشرة.