ابتكار مرشحات مياه حديثة بالاستعانة بتكنولوجيا النانو

ستكون أسرع وأرخص من الأساليب التقليدية

ابتكار مرشحات مياه حديثة بالاستعانة بتكنولوجيا النانو
TT

ابتكار مرشحات مياه حديثة بالاستعانة بتكنولوجيا النانو

ابتكار مرشحات مياه حديثة بالاستعانة بتكنولوجيا النانو

ابتكر الباحثون أغشية دقيقة على مستوى النانو يمكنها ترشيح المياه وتخليصها من جميع الملوثات بطريقة أسرع وأرخص من الأساليب التقليدية.
وابتكرت بواكسيتا ماي الأستاذ المساعد للهندسة البيئية بجامعة كاليفورنيا في بيركلي مرشحا للمياه يتكون من أغشية مصنوعة من طبقات من مادة الجرافين أقل سمكا بواقع مائة ألف مرة من شعرة الإنسان.
وقالت ماي: «صنعنا المرشحات من الجرافيت وهي المادة التي نستخدمها في أقلام الرصاص على سبيل المثال لذا فهي زهيدة الثمن ومتوافرة نسبيا ويمكننا استخدامها في عملية تحويل الجرافيت إلى أكسيد الجرافين وهي مادة يمكن تحويلها إلى رقائق دقيقة السمك».
يمكن استخدام مادة الجرافين في صناعة أغشية دقيقة لترشيح مياه الصنبور بالمنازل، علاوة على الشبكات الضخمة لمعالجة مياه الصرف على النطاق الصناعي.
تعمل هذه الأغشية كشبكة دقيقة تنفذ منها جزيئات الماء دون الملوثات الأكبر حجما، وذلك بعد تمرير الماء بالمنازل على عدة أغشية تفصل بينها فراغات مصممة خصيصا للتخلص آليا من مختلف أنواع الملوثات على أساس التحكم في المسافات والحيز بين الأغشية.
ومن بين مميزات هذه المرشحات الحديثة المصنوعة من مادة أكسيد الجرافين السرعة التي يمكن أن يمر بها الماء من خلالها والتي تقول ماي إنها أكبر من سرعة نفاذ الماء داخل المرشحات التقليدية بواقع خمس مرات، وذلك نظرا للخصائص الفريدة لهذه الأغشية ذات الأصل الكربوني.
ويعكف الباحثون بالمختبرات على مزيد من تطوير هذه المرشحات ويأملون بأن تسهم أبحاثهم في إيجاد حلول عالمية لتوفير مياه نقية بتكاليف زهيدة لا سيما في الدول النامية.



جهاز مبتكر ينتِج من الهواء مكوناً أساسياً في الأسمدة

الجهاز الجديد يتميز بقدرته على العمل ميدانياً مباشرة في المواقع الزراعية (جامعة ستانفورد)
الجهاز الجديد يتميز بقدرته على العمل ميدانياً مباشرة في المواقع الزراعية (جامعة ستانفورد)
TT

جهاز مبتكر ينتِج من الهواء مكوناً أساسياً في الأسمدة

الجهاز الجديد يتميز بقدرته على العمل ميدانياً مباشرة في المواقع الزراعية (جامعة ستانفورد)
الجهاز الجديد يتميز بقدرته على العمل ميدانياً مباشرة في المواقع الزراعية (جامعة ستانفورد)

أعلن فريق بحثي مشترك من جامعتَي «ستانفورد» الأميركية، و«الملك فهد للبترول والمعادن» السعودية، عن ابتكار جهاز لإنتاج الأمونيا؛ المكوِّن الأساسي للأسمدة، باستخدام تقنية صديقة للبيئة تعتمد على طاقة الرياح.

وأوضح الباحثون في الدراسة، التي نُشرت الجمعة بدورية «ساينس أدفانسيس (Science Advances)»، أن هذا الجهاز يمثل بديلاً محتملاً للطريقة التقليدية لإنتاج الأمونيا، والمتبَعة منذ أكثر من قرن. وتُستخدم الأمونيا على نطاق واسع في صناعة الأسمدة لإنتاج مركبات مثل اليوريا ونيترات الأمونيوم، وهما مصدران أساسيان للنيتروجين الضروري لنمو النباتات. والنيتروجين أحد العناصر الحيوية التي تعزز عملية البناء الضوئي وتكوين البروتينات في النباتات؛ مما يدعم نمو المحاصيل ويزيد الإنتاج الزراعي.

ورغم أهمية الأمونيا في تعزيز الإنتاج الزراعي، فإن الطريقة التقليدية لإنتاجها تعتمد على عمليةٍ صناعيةٍ كثيفةِ استهلاكِ الطاقة وتركز على الغاز الطبيعي مصدراً رئيسياً، مما يؤدي إلى انبعاث كميات كبيرة من ثاني أكسيد الكربون. وتستهلك هذه العملية نحو اثنين في المائة من إجمالي الطاقة العالمية سنوياً، وتنتج نحو واحد في المائة من انبعاثات الكربون عالمياً.

ويعتمد الجهاز الجديد على الهواء مصدراً رئيسياً للنيتروجين اللازم لإنتاج الأمونيا، فيُستخلص من الغلاف الجوي بطرق مبتكرة، ثم يدمج مع الهيدروجين المستخرَج من الماء. وتُستخدم في هذه العملية محفزات كيميائية متطورة تعمل تحت الضغط الجوي ودرجة حرارة الغرفة، مما يُغني عن الحاجة إلى الوقود الأحفوري أو مصادر الطاقة التقليدية، مما يجعل العملية مستدامة وصديقة للبيئة.

ويتميز الجهاز بإمكانية تشغيله مباشرة في المواقع الزراعية، ويمكن تصميمه ليكون محمولاً ومتكاملاً مع أنظمة الري، لتوفير السماد للنباتات بشكل فوري دون الحاجة إلى نقل الأسمدة من المصانع. ووفق الباحثين؛ فإن هذا الابتكار يُسهم في خفض تكاليف النقل والبنية التحتية المرتبطة بالطرق التقليدية لإنتاج الأمونيا، التي تعتمد على منشآت صناعية ضخمة ومعقدة.

وأظهرت التجارب المعملية فاعلية الجهاز في إنتاج كميات كافية من الأمونيا لتسميد النباتات داخل الصوب الزجاجية خلال ساعتين فقط، باستخدام نظام رش يعيد تدوير المياه. كما أكد الباحثون إمكانية توسيع نطاق الجهاز ليشمل تطبيقات زراعية أكبر عبر شبكات موسعة ومواد مرشحة محسّنة.

ويتطلع الفريق البحثي إلى دمج هذا الجهاز في المستقبل ضمن أنظمة الري، مما يتيح للمزارعين إنتاج الأسمدة مباشرة في مواقع الزراعة، ويدعم الزراعة المستدامة.

وأشار الفريق إلى أن الأمونيا المنتَجة يمكن استخدامها أيضاً مصدراً نظيفاً للطاقة بفضل كثافتها الطاقية مقارنة بالهيدروجين، مما يجعلها خياراً مثالياً لتخزين ونقل الطاقة.

ويأمل الباحثون أن يصبح الجهاز جاهزاً للاستخدام التجاري خلال ما بين عامين و3 أعوام، مؤكدين أن «الأمونيا الخضراء» تمثل خطوة واعدة نحو تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري وتعزيز الاستدامة في مختلف القطاعات.