دستگاه خورشیدی با بازدهی ۹۳٪ روزانه ۲۰ لیتر آب آشامیدنی از آب دریا تولید می‌کند

محققان دانشگاه واترلو دستگاه نمک‌زدای کم‌مصرفی را توسعه داده‌اند که با استفاده از انرژی خورشیدی، آب آشامیدنی تمیز از آب دریا تولید می‌کند.

این رویکرد نوآورانه می‌تواند راه حلی پایدار برای بحران جهانی آب فراهم کند، به ویژه برای کشورهای ساحلی و جزیره‌ای که کمبود آب شیرین دارند.

این فناوری جدید که چرخه آب طبیعت را تقلید می‌کند، می‌تواند نمک‌زدایی را با ارائه یک جایگزین مقرون به صرفه و دوستدار محیط زیست به روش‌های سنتی، متحول کند.

برخورد با کمبود آب جهانی با انرژی خورشیدی

نیاز به آب شیرین بیش از هر زمان دیگری احساس می‌شود، با حدود ۲.۲ میلیارد نفر در سراسر جهان که دسترسی به آب آشامیدنی تمیز ندارند. رشد سریع جمعیت و افزایش مصرف آب فشار بر کشورهای ساحلی و جزیره‌ای را افزایش می‌دهد که در آنجا نمک‌زدایی فرآیندی حیاتی شده است.

طبق گزارش توسعه آب جهان سازمان ملل 2024 ، تقاضا برای فناوری‌های جدید که می‌توانند به طور مؤثر آب شیرین تولید کنند، هرگز بیشتر نبوده است.

سیستم‌های سنتی نمک‌زدایی که نیاز به فشار دادن آب دریا از میان غشاها برای جداسازی نمک دارند، انرژی‌بر بوده و مشکلات عملیاتی دارند. تشکیل نمک روی سطح دستگاه اغلب سیستم را مسدود کرده و نیاز به تعمیر و نگهداری مکرر دارد و عملکرد مستمر را مختل می‌کند.

با این حال، محققان دانشگاه واترلو یک راه حل نوآورانه پیدا کرده‌اند. آن‌ها با الهام از طبیعت، دستگاه نمک‌زدایی خورشیدی توسعه داده‌اند که به مشابه نحوه جابجایی آب توسط درختان از ریشه‌ها به برگ‌ها عمل می‌کند.

“الهام ما از مشاهده چگونگی حفظ خود توسط طبیعت و نحوه تبخیر و تراکم آب در محیط می‌آید”، توضیح می‌دهد دکتر مایکل تام، استاد دانشکده مهندسی شیمی واترلو.

دستگاه جدید به طور مؤثر آب را در یک سیستم بسته تبخیر و متراکم می‌کند، از تشکیل نمک جلوگیری کرده و پایداری فرآیند را بهبود می‌بخشد. برخلاف سیستم‌های سنتی که نیاز به تمیزکاری مداوم دارند، این فناوری جدید اطمینان از نمک‌زدایی مداوم بدون وقفه را تضمین می‌کند.

انرژی خورشیدی: کلید بهره‌وری انرژی

آنچه دستگاه واترلو را به‌ویژه چشمگیر می‌سازد، تکیه بر انرژی خورشیدی آن است. با استفاده از مواد پیشرفته، سیستم می‌تواند 93 درصد از نور خورشید را به انرژی قابل استفاده تبدیل کند، که بهبود قابل توجهی نسبت به فناوری‌های نمک‌زدایی موجود است.

این بازده بالا اجازه می‌دهد دستگاه روزانه حدود ۲۰ لیتر آب شیرین به ازای هر متر مربع تولید کند و به نیاز روزانه آب سازمان بهداشت جهانی برای هر فرد پاسخ دهد.

در قلب سیستم ترکیبی از مواد نوآورانه قرار دارد. دانشجویان دکتری ایوا وانگ و وینان ژائو، که بخشی از تیم تحقیقاتی هستند، دستگاه را با استفاده از فوم نیکل پوشیده شده با پلیمر رسانا و ذرات گرده حساس به گرما طراحی کردند.

این مواد نور خورشید را در سراسر طیف خورشیدی جذب کرده و آن را به گرما تبدیل می‌کنند. یک لایه نازک از آب دریا روی سطح پلیمری گرم شده و به بالا حرکت می‌کند، مشابه عمل مویینگی در درختان.

با تبخیر آب، نمک به لایه زیرین دستگاه منتقل می‌شود و به طور مؤثر از انسداد جلوگیری می‌کند. این مکانیزم خودتمیزشونده شبیه سیستم بک‌واش استخرهای شناست، که اجازه می‌دهد دستگاه بدون نیاز به تعمیر و نگهداری مداوم کار کند.

“سیستمی که ما طراحی کرده‌ایم باعث تبخیر آب، انتقال آن به سطح و تراکم آن در یک چرخه بسته می‌شود، به طور مؤثر از تجمع نمک جلوگیری کرده که بهره‌وری دستگاه را کاهش می‌دهد”، دکتر تام در اعلامیه مطبوعاتی توضیح می‌دهد .

راه حل قابل حمل برای مناطق دورافتاده

علاوه بر بهره‌وری انرژی، دستگاه نیز قابل حمل است، که آن را برای استفاده در مناطقی که آب شیرین کمیاب است، ایده‌آل می‌سازد. “این دستگاه جدید نه تنها کارآمد است بلکه قابل حمل است، که آن را برای استفاده در مناطق دورافتاده که دسترسی به آب شیرین محدود است، ایده‌آل می‌سازد”، دکتر یونینگ لی، استاد دیگر دانشکده مهندسی شیمی واترلو، در بیانیه مطبوعاتی می‌گوید .

لی با تولید انرژی خورشیدی برای پروژه و آزمایش قابلیت‌های جذب نور دستگاه با استفاده از یک تستر خورشیدی به توسعه کمک کرده است.

قابلیت حمل و عملیاتی بودن دستگاه در مکان‌های دورافتاده آن را به گزینه‌ای جذاب برای جوامع ساحلی تبدیل می‌کند، جایی که نمک‌زدایی اغلب ضروری است. محققان باور دارند سیستم آن‌ها می‌تواند تغییر بزرگی برای مناطق با زیرساخت و منابع محدود برای دسترسی به آب شیرین ایجاد کند.

در آینده، آن‌ها برنامه دارند یک نمونه بزرگتر بسازند تا فناوری را در دریا آزمایش کنند و پتانسیل آن برای افزایش مقیاس را ارزیابی کنند. “اگر آزمایش موفقیت‌آمیز باشد، فناوری می‌تواند به طور پایدار آب شیرین به جوامع ساحلی ارائه داده و اهداف توسعه پایدار سازمان ملل ( اهداف سه، شش، ۱۰ و ۱۲) را پیش ببرد”، دکتر تام در اعلامیه مطبوعاتی افزود.

یافته‌های این مطالعه اخیراً در Nature Communications منتشر شده است.