جهاز يسحب الماء من الهواء الجاف يعمل بوساطة اشعة الشمس فقط

الاطار العضوي المعدني يمتص الماء من الهواء مع رطوبة منخفضة تصل الى 20%
التاريخ :ابريل 13_2017
المصدر :جامعة كاليفورينا، بيركلي .
الملخص : على الرغم من سهولة تكثيف المياه من الهواء الرطب إلا إن المكائن التي تحصد المياه من الهواء الجاف تتطلب الطاقة. فقد قام الباحثون بإنشاء أول حصادة ماء باستخدام أشعة الشمس المحيطة فقط. وقد كان العنصر الرئيسي عبارة عن مادة مسامية للغاية تسمى الإطار المعدني العضوي الذي يمتص 20 بالمائة من وزنه في الماء من الهواء المنخفض الرطوبة .يسخن ضوء الشمس الاطار العضوي المعدني ويتحرر عنه بخار الماء الذي يتكثف لإنتاج ليترات من الماء يوميا.
وعلى ذلك، ستكون الصورة المستقبلية لكل بيت هي امتلاك جهاز يسحب كل الماء الذي يحتاج لخروج الهواء في البيت، حتى في المناخ الجاف أو الصحراوي، وذلك باستخدام قوة الشمس فقط.
قد يكون هذا المستقبل قاب قوسين أو أدنى من عرض هذا الاسبوع لحصادة المياه التي تستخدم فقط أشعة الشمس المحيطة لسحب ليتر من الماء من الهواء كل يوم في ظروف منخفضة تصل إلى 20 بالمائة من الهواء المنخفض الرطوبة، وهو مستوى شائع في المناطق القاحلة.
تم بناء حصادة تعمل بالطاقة الشمسية، كما ذكرت مجلة العلوم، في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا باستخدام مادة خاصة – إطار المعدنية العضوية، – وهي مادةٌ أنتجت في جامعة كاليفورنيا، بيركلي.
وقال عمر ياغي، أحد اثنين من كبار المؤلفين في هذه الدراسة،”الذي يحمل جيمس ونيلتج تريتر كرسي في الكيمياء في جامعة كاليفورنيا في بيركلي وعالم هيئة التدريس في مختبر لورانس بيركلي الوطني، إن هذا يشكل تحديا كبيرا في التحدي الطويل الأمد المتمثل في حصاد المياه من الهواء ذي الرطوبة المنخفضة. وقال: “لا توجد طريقة أخرى للقيام بذلك في الوقت الراهن إلا باستخدام طاقة إضافية. أما مزيلات الرطوبة الكهربائية في المنزل فتنتج مياهاً باهظة الثمن للغاية”.
وقد تمكن النموذج الأولي، في ظل ظروف تتراوح بين 20 و 30 بالمائة من الرطوبة، من سحب 2.8 لتر (3 كوارت) من الماء من الهواء خلال فترة 12ساعة، باستخدام كيلوغرام واحد (2.2 جنيه) للاطار العضوي المعدني. وأكدت الاختبارات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن الجهاز يعمل في ظروف العالم الحقيقي.
وقال ياجي، المدير المؤسس لمعهد بيركلي للعلوم العالمية، وهو مدير مشارك لمعهد كافي لعلم الطاقة وتحالف أبحاث كاليفورنيا: “إن الرؤية المستقبلية هي أن يكون الماء خارج الشبكة، حيث يتوفر لديك جهاز في المنزل يعمل على الطاقة الشمسية المحيطة لتوفير المياه التي تلبي احتياجات الأسرة. سوف يكون ذلك ممكنا بسبب هذه التجربة، وأنا أسميها المياه الشخصية.”
اخترع ياغي الأطر المعدنية العضوية منذ أكثر من 20 عاما بتجميع المعادن مثل المغنيسيوم أو الالمنيوم مع جزيئات عضوية في ترتيب لعبة تينكر-توي لإنشاء هياكل صلبة يسهل اختراقها. وهذه الأطر مثالية لتخزين الغازات والسوائل. ومنذ ذلك الحين، تم إنشاء أكثر من 20،000 من مختلف الأطر العضوية المعدنية من قبل الباحثين في جميع أنحاء العالم. فبعضها يحمل مواد كيميائية مثل الهيدروجين أو الميثان. تقوم الشركة الكيميائية باختبار أحد مركبات الوقود العضوي في الشاحنات التي تعمل بالوقود الطبيعي لأن الدبابات المملوءة بالاطار العضوي المعدني تحمل ثلاثة أضعاف الميثان الذي يمكن ضخه تحت الضغط في خزان فارغ.

وفي عام 2014، قام ياغي وفريقه في جامعة كاليفورنيا بتركيب اطار يتكون من مزيجٍ من معدن الزركونيوم وحمض الأديبيك – الذي يربط بخار الماء، واقترحوا على إيفلين وانغ، وهو مهندس ميكانيكي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، أن ينضم إلى القوى لتحويل الاطار في نظام لجمع المياه.
وكانت وانغ وطلابها مصممين على تكوين مركبٍ من أكثر من جنيهين من بلورات الاطار المضغوط ثم وضعه داخل غرفة مفتوحة للهواء. سينتشر الهواء المحيط من خلال الاطار الذي يسهل اختراقه فتعلق جزيئات الماء على الأسطح الداخلية. وقد أظهرت دراسات حيود الأشعة السينية أن جزيئات بخار الماء غالبا ما تتجمع في مجموعات لتشكل مكعبات. ويدخل ضوء الشمس من خلال نافذة مع ارتفاع درجات حرارة الاطار ويقود المياه المتجهة نحو المكثف، الذي يكون في درجة حرارة الهواء الخارجي. وبالتالي يتكثف البخار كمياه سائلة ويقطر في الجامع.
وقال وانغ “ان هذا العمل يوفر طريقة جديدة لجلب المياه من الهواء الذى لا يحتاج الى ظروف رطوبة نسبية عالية، وهو اكثر كفاءة فى استخدام الطاقة من التكنولوجيات الاخرى”.
وأضاف ياغي قائلاً بأن الأطر الحالیة يمكنها استیعاب 20 بالمائة فقط من وزنھا في المیاه، ولکن مواد الأطر الأخرى یمکن أن تستوعب 40 بالمائة أو أکثر. ويمكن أيضا أن تكون المواد أكثر فعالية في مستويات رطوبة أعلى أو أقل.
واضاف ” اننا لم نصنع جهازا سلبيا يجلس هناك لجمع المياه وحسب، فقد وضعنا الان الاسس التجريبية والنظرية حتى نتمكن من فرز الاطر العضوية الاخرى التى يمكن ان يتم صنع الاف منها لايجاد مواد افضل. وهناك الكثير من الإمكانات لتوسيع كمية المياه التي يتم حصادها، وهي مجرد مسألة مزيد من الهندسة لا غير.”.ويعمل ياغي وفريقه على تحسين مواردهم العضوية، في حين يواصل وانغ تحسين نظام الحصاد لإنتاج المزيد من المياه.
ولكي يستمر نتاج الماء طوال الوقت يمكنك تصميم نظام يمتص الرطوبة أثناء الليل ويطوره خلال النهار، أو يمكن تصميم مجمع الطاقة الشمسية للسماح بذلك بمعدل أسرع بكثير، حيث يتم دفع المزيد من الهواء. إذا كنت في مكان ما في الصحراء فيمكنك البقاء على قيد الحياة بسبب هذا الجهاز الذي يمكنك من جمع الماء في أقل من ساعة مع هذا النظام “.

ترجمة : امنه يعرب 

تدقيق الترجمة : Inst. Fatimah Mohammed Ali

التصميم :  Ali Alburky

المصدر : هنا