جهاز جديد يحوّل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب

تصميم مبتكر يعمل بكبسة زرّ

جهاز جديد يحوّل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب
TT

جهاز جديد يحوّل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب

جهاز جديد يحوّل المياه المالحة إلى مياه صالحة للشرب

تحتوي الأرض على أكثر من 326 مليون تريليون غالون من المياه، غير أن أقلّ من 3 في المائة منها عذبة وصالحة للشرب، وثلثاها محبوس في جبال الجليد والأغطية الجليدية القطبية أو على مسافات بعيدة في باطن الأرض. باختصار، يحصل البشر على 0.5 في المائة فقط من مياه كوكبنا للشرب.

مياه صالحة
ولكن هذا الأمر على وشك أن يتغيّر، بعد أن طوّر باحثو معهد ماساتشوستس للتقنية جهازاً محمولاً وسهل الاستخدام يحوّل المياه المالحة إلى مياهٍ صالحة للشرب بكبسة زرّ. ونشر الباحثون دراستهم أخيراً في دورية «إنفايرونمنتل ساينس أند تكنولوجي».
يتّسع النموذج التجريبي الحالي من الجهاز للدخول في حقيبة عادية الحجم، ويعالج لتراً من المياه في الساعة، ولكنه سيصبح قادراً على ترشيح 10 أضعاف هذه الكميّة بعد اكتمال تطويره، ليشكّل أداة حيويّة للمجتمعات التي تعيش في الجزر النائية، وعلى متن سفن الشحن، وحتّى مخيّمات اللاجئين القريبة من المياه.
ليس هذا الجهاز الأوّل من نوعه لترشيح المياه المالحة، ولكنّ الأجهزة المستخدمة حالياً عالية الكلفة وتحتاج إلى الكثير من الطاقة لتعمل وتعتمد على مرشحات مكلفة تحتاج إلى الاستبدال بشكل منتظم.
في المقابل، تتطلّب الوحدة الجديدة التي طوّرها باحثو معهد ماساتشوستس طاقة أقلّ من تلك التي يحتاج إليها شاحن الهاتف المحمول، ويمكن مدّها بالطاقة بواسطة لوحٍ شمسي صغير يتّصل بها من الخارج، فضلاً عن أنّها لا تتطلّب تغيير مرشحها لأنّها ببساطة لا تحتوي على مرشح، بل تستخدم نوعين من الحقول الكهربائية للتخلّص من الجزيئات المتنوعة كالملح والبكتيريا والفيروسات.

تصميم مبتكر
يكمن الابتكار الحقيقي في الجهاز الجديد في تصميمه الذي يتيح للنّاس العاديين استخدامه. تدخل المياه المالحة عبر أنبوب إلى داخله، حيث تحصل عملية الترشيح، ومن ثمّ تخرج عبر أنبوبٍ آخر إلى وعاء منفصل نظيفة وصالحة للشرب.
في هيكله الخارجي، يضمّ الجهاز ثلاثة أزرار ظاهرة فقط - الأوّل لتشغيله، والثاني لإطلاق عملية الترشيح، والثالث لإطفائه، بالإضافة إلى شاشة تعلم المستخدم أنّ المياه أصبحت صالحة للشرب.
تتيح جميع هذه الخصائص استعمال الابتكار الجديد في المناطق المحدودة الموارد - شرط أن يسعى الفريق البحثي إلى تقليل كلفته التي تتراوح حالياً بين 4 و6 آلاف دولار، أي نفس كلفة الأجهزة الأخرى. ولكنّ جونغيو يون، العالم الذي طوّر الجهاز وشارك في إعداد الدراسة من مختبر أبحاث الإلكترونيات التابع للمعهد، يتوقّع أنّ يتمكّن الفريق من تخفيض كلفة صناعة الجهاز بنحو 1500 دولار؛ ما سيعزّز فرص حصول المنظّمات غير الحكومية عليه.
يتوقّف هذا الأمر على التصميم النهائي وصناعة الجهاز طبعاً. يقول يون، إنّ النموذج التجريبي الحالي يتّسع في حقيبة عادية اشتراها من أحد المواقع الإلكترونية، ولكنّه يأمل في الحصول على استثمار بقيمة مليون دولار يساعده في نقل المنتج من المختبر إلى المصنع ليتمكّن الفريق البحثي من تجربة عمليات صناعية أخرى كحقن اللدائن.
ويتوقّع الباحثون أن يصبح النموذج التجريبي النهائي جاهزاً في نهاية العام المقبل - ليقرّبنا خطوة إضافية من تحرير الكميات الهائلة العالقة من المياه.
* فاست كومباني»
- خدمات «تريبيون ميديا»



ألياف طبيعية تعزز كفاءة تقنيات تحلية المياه بتكلفة منخفضة

الألياف الطبيعية المستخلصة من مصادر نباتية وحيوانية تُعتبر بديلاً منخفض التكلفة وقابلًا للتحلل الحيوي (الدكتور محمد عجيزة)
الألياف الطبيعية المستخلصة من مصادر نباتية وحيوانية تُعتبر بديلاً منخفض التكلفة وقابلًا للتحلل الحيوي (الدكتور محمد عجيزة)
TT

ألياف طبيعية تعزز كفاءة تقنيات تحلية المياه بتكلفة منخفضة

الألياف الطبيعية المستخلصة من مصادر نباتية وحيوانية تُعتبر بديلاً منخفض التكلفة وقابلًا للتحلل الحيوي (الدكتور محمد عجيزة)
الألياف الطبيعية المستخلصة من مصادر نباتية وحيوانية تُعتبر بديلاً منخفض التكلفة وقابلًا للتحلل الحيوي (الدكتور محمد عجيزة)

تُشكل ندرة المياه العذبة تحدياً عالمياً زائداً، خصوصاً في المناطق الجافة التي تشهد استنزافاً سريعاً لمواردها المحدودة. كما يزيد النمو السكاني والتطور الاقتصادي من حدة المشكلة، حيث يرفعان الطلب على المياه لأغراض الشرب والزراعة والصناعة؛ مما يهدد الصحة العامة والأمن الغذائي.

وتعتمد الطرق التقليدية لتحلية المياه على الطاقة بشكل مكثف ولها آثار بيئية سلبية، بينما تعد تقنيات تحلية المياه بالطاقة الشمسية حلاً واعداً لمعالجة ندرة المياه والعمل المناخي، حيث تستفيد من الطاقة الشمسية المتجددة. وعلى الرغم من أن أنظمة «المقطرات» الشمسية لتحلية المياه تعد طريقة مستدامة، فإنها تواجه تحديات مثل الكفاءة المنخفضة التي تتراوح بين 30 و40 في المائة، ومعدلات إنتاج منخفضة للمياه العذبة، بالإضافة إلى التلوث البيئي الناجم عن استخدام مواد تقليدية، مثل المواد ذات التغير الطوري.

ألياف طبيعية

واستعرضت دراسة مرجعية أجراها باحثون مصريون، إمكانية استخدام الألياف الطبيعية بوصفها وسيلة مستدامة لتعزيز أداء الأنظمة الشمسية لتحلية المياه. وتتميز الألياف الطبيعية، المستخلصة من مصادر نباتية وحيوانية متاحة في المناطق النائية، بكونها بديلاً منخفض التكلفة، وقابلة للتحلل الحيوي، ومتعددة الاستخدامات.

ووفق النتائج المنشورة بعدد نوفمبر (تشرين الثاني) بدورية (Solar Energy)، يمكن للألياف الطبيعية مثل القطن، وقش الأرز، وألياف شجرة الموز، ونبات السيزال، وقش الخيزران، تحسين الأداء من خلال توفير الهيكل المسامي من أجل ترشيح المياه، وإزالة الشوائب، وتعزيز نقل الحرارة.

يقول الدكتور محمد عجيزة، الباحث الرئيسي للدراسة بقسم الهندسة الميكانيكية في جامعة كفر الشيخ، إن الألياف الطبيعية توفر حلاً مستداماً لتحسين كفاءة تحلية المياه بالطاقة الشمسية مع تقليل الأثر البيئي، لأنها تتميز بالتحلل البيولوجي، ما يجعلها خياراً جذاباً لتعزيز كفاءة الأنظمة الشمسية في المناطق التي تفتقر إلى الموارد.

وأضاف لـ«الشرق الأوسط» أن الألياف الطبيعية توفر امتصاصاً عالياً للإشعاع الشمسي؛ مما يُحسّن الاحتفاظ بالحرارة ويزيد معدلات التبخر، كما تعزز الكفاءة الحرارية والعزل وتقلل الفاقد الحراري؛ مما يزيد من كفاءة التكثيف بفضل مساحتها السطحية الكبيرة، فيما تُسهّل خصائصها نقل المقطر الشمسي، وتوزيعه في المناطق النائية، حيث تقلل من الوزن الإجمالي له.

تقنيات تحلية المياه بالطاقة الشمسية تعد حلا ًواعداً لمعالجة ندرة المياه والعمل المناخي (جامعة واترلو)

تقييم الأداء

أثبتت الدراسة أن الألياف الطبيعية تتمتع بقدرة استثنائية على امتصاص المياه تصل إلى 234 في المائة، بالإضافة إلى خصائصها الحرارية المميزة؛ مما يتيح استخدامها بوصفها مواد عازلة أو ممتصة أو موصلة للحرارة في الأنظمة الشمسية. ويسهم ذلك في تحسين عمليات التبخير والتكثيف. وتعمل هذه الألياف على تعزيز نقل الحرارة وتقليل فقد الطاقة؛ مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة بنسبة 15 في المائة. كما وجد الباحثون أن هذه الألياف أثبتت قدرتها على زيادة إنتاجية المياه العذبة بشكل ملحوظ، حيث حققت زيادة تصل إلى 123.5 في المائة مع قشور الجوز الأسود، و126.67 في المائة مع مزيج من ألياف النباتات التي تنمو في البرك والمستنقعات وألياف السيزال.

وبالمقارنة مع المقطرات التقليدية، حققت بعض الألياف زيادة ملحوظة في إنتاج المياه العذبة، مثل نشارة الخشب وقش الأرز (62 في المائة)، واللوف الأسود (77.62 في المائة)، وألياف السيزال (102.7 في المائة)، والقماش القطني (53.12 في المائة)، وألياف النخيل (44.50 في المائة)، وألياف الكتان (39.6 في المائة).

وحددت الدراسة أبرز مميزات التوسع في استخدام الألياف الطبيعية في تقنيات تحلية المياه بالطاقة الشمسية، مثل وفرة الموارد الشمسية والمساحات الواسعة لتركيب الأنظمة، بالإضافة لكون الألياف خياراً مستداماً. كما تدعم زيادة استنزاف الموارد المائية العالمية، ونمو السكان، وزيادة الوعي بتغير المناخ الحاجة الملحة لهذه التكنولوجيا.

في المقابل، أشار الباحثون إلى تحديات تواجه هذه التقنيات، منها قلة الاستثمارات في الطاقة المتجددة، والوعي المحدود بفوائد أنظمة التحلية الشمسية، بالإضافة إلى قلة الانتشار والعوائق التجارية مقارنة بالتقنيات التقليدية، والاختلافات في سياسات الطاقة بين الدول، ما يؤثر على إمكانية توسيع نطاق استخدامها.

وأوصى الباحثون بإجراء مزيد من الأبحاث لتحسين تركيبات الألياف الطبيعية، واستكشاف بدائل قابلة للتحلل الحيوي لتقليل الأثر البيئي. وأكدوا أهمية إجراء تقييمات شاملة لتقنيات التحلية الشمسية لتحقيق أقصى تأثير ممكن وتلبية الاحتياجات الزائدة للمياه بشكل مستدام؛ مما يسهم في دعم الأمن المائي، وتعزيز القدرة على التكيف مع التغيرات المناخية.