Ultimate magazine theme for WordPress.

يطور الباحثون عملية استخراج تعمل بالطاقة الشمسية لمياه الشرب من الهواء الجاف

6

ads

ads

عزز فريق دولي من الباحثين بشكل كبير ناتج نظام يعمل بالطاقة المتجددة يمكنه استخراج مياه الشرب مباشرة من الهواء ، حتى في المناطق الجافة.

يستخدم النظام الحرارة من مصادر مثل الشمس ويبني على تصميم تم تطويره في البداية قبل ثلاث سنوات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) من قبل أعضاء نفس الفريق.

إنه يجعل العملية أقرب إلى تلك التي يمكن أن تصبح مصدرًا عمليًا للمياه للمناطق النائية ذات الوصول المحدود إلى المياه والكهرباء. تم وصف النتائج في ورقة بحثية نُشرت مؤخرًا في مجلة جول بقلم إيفلين وانج ، رئيسة قسم الهندسة الميكانيكية بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وطالبة الدراسات العليا ألينا لابوتين ، وستة آخرين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وفي كوريا ويوتا.

قدم الجهاز السابق الذي عرضته وانغ وزملاؤها دليلًا على مفهوم النظام. إنه يسخر اختلافًا في درجة الحرارة داخل الجهاز للسماح للمادة الممتصة ، التي تجمع السائل على سطحها ، بسحب الرطوبة من الهواء ليلًا وإطلاقها على مدار اليوم التالي.

عندما يتم تسخين المادة بواسطة ضوء الشمس ، فإن الاختلاف في درجة الحرارة بين السطح العلوي المسخن والجانب السفلي المظلل يحرر الماء من المادة الممتزة. ثم يتكثف الماء ويتجمع على لوحة تجميع.

لكن هذا الجهاز تطلب استخدام مواد متخصصة تسمى الأطر العضوية المعدنية ، أو الأطر العضوية المعدنية ، وهي غالية الثمن ومحدودة العرض. كما أن مخرجات المياه للنظام لم تكن كافية للاستخدام كنظام عملي.

الآن ، من خلال دمج مرحلة ثانية من الامتصاص والتكثيف ، وباستخدام مادة ماصة متاحة بسهولة ، تم زيادة إنتاج الجهاز بشكل كبير. يقول الباحثون إن قابليته للتوسع كمنتج يحتمل أن يكون منتشرًا تم تحسينه بشكل كبير.

يقول وانغ إن الفريق طرح السؤال ، “إنه لأمر رائع أن يكون لديك نموذج أولي صغير ، ولكن كيف يمكننا تحويله إلى شكل أكثر قابلية للتوسع؟” أدت التطورات الجديدة في التصميم والمواد الآن إلى التقدم في هذا الاتجاه.

بدلاً من الأطر العضوية المعدنية ، يستخدم التصميم الجديد مادة ماصة تسمى الزيوليت ، والتي تتكون في هذه الحالة من ألومينوفوسفات الحديد الصغيرة التي يسهل اختراقها. المادة متاحة ومستقرة على نطاق واسع ، ولها خصائص الامتصاص الصحيحة لتوفير نظام فعال لإنتاج المياه ، يعتمد فقط على تقلبات درجات الحرارة النموذجية ليلاً ونهارًا والتدفئة مع ضوء الشمس.

يستخدم التصميم المكون من مرحلتين الذي طوره LaPotin الاستخدام الذكي للحرارة التي تتولد كلما تغير الماء في طور. يتم جمع حرارة الشمس بواسطة لوح امتصاص شمسي في الجزء العلوي من النظام الشبيه بالصندوق ويقوم بتسخين الزيوليت ، مما يؤدي إلى إطلاق الرطوبة التي تلتقطها المادة طوال الليل.

يتكثف هذا البخار على لوح تجميع ، في عملية تطلق الحرارة أيضًا. لوحة المجمع عبارة عن صفيحة نحاسية أعلى مباشرة وتتلامس مع طبقة الزيوليت الثانية ، حيث يتم استخدام حرارة التكثيف لإطلاق البخار من تلك الطبقة اللاحقة. يمكن تجميع قطرات الماء المجمعة من كل من الطبقتين معًا في خزان تجميع.

في هذه العملية ، تتضاعف تقريبًا الإنتاجية الإجمالية للنظام ، من حيث اللترات المحتملة في اليوم لكل متر مربع من منطقة تجميع الطاقة الشمسية (LMD) ، مقارنة بالإصدار السابق. ومع ذلك ، تعتمد المعدلات الدقيقة على التغيرات المحلية في درجات الحرارة وتدفق الطاقة الشمسية ومستويات الرطوبة.

في النموذج الأولي للنظام الجديد ، الذي تم اختباره على سطح في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قبل فرض القيود على جائحة فيروس كورونا الجديد (COVID-19) ، أنتج الجهاز المياه بمعدل “أوامر من حيث الحجم” أكبر من الإصدار السابق ، يقول وانغ.

تم استخدام أنظمة مماثلة من مرحلتين في تطبيقات أخرى مثل تحلية المياه. لكن وانغ يقول ، “أعتقد أن لا أحد اتبع هذا الطريق حقًا” لاستخدام مثل هذا النظام لتجميع المياه في الغلاف الجوي (AWH).

تشمل مناهج AWH الحالية حصاد الضباب وحصاد الندى ، لكن كلاهما له قيود كبيرة. يعمل حصاد الضباب فقط مع الرطوبة النسبية 100٪ ، ويستخدم حاليًا فقط في عدد قليل من الصحاري الساحلية. يتطلب حصاد الندى تبريدًا كثيفًا للطاقة لتوفير أسطح باردة لتتكثف الرطوبة عليها ، ولا يزال يتطلب رطوبة لا تقل عن 50٪ ، اعتمادًا على درجة الحرارة المحيطة.

على النقيض من ذلك ، يمكن للنظام الجديد أن يعمل بمستويات رطوبة منخفضة تصل إلى 20٪ ، ولا يتطلب أي مدخلات طاقة بخلاف ضوء الشمس أو أي مصدر آخر متاح للحرارة المنخفضة الدرجة.

يقول لابوتين أن المفتاح هو هذه العمارة ذات المرحلتين. الآن وقد تم إثبات فعاليته ، يمكن للأشخاص البحث عن مواد ماصة أفضل يمكن أن تزيد من معدلات الإنتاج.

قد يكون معدل الإنتاج الحالي البالغ حوالي 0.8 لترًا من الماء لكل متر مربع يوميًا مناسبًا لبعض التطبيقات. وتقول إنه إذا كان من الممكن تحسين هذا المعدل مع مزيد من الضبط الدقيق وخيارات المواد ، فقد يصبح هذا عمليًا على نطاق واسع.

يتم تطوير المواد التي تحتوي على امتصاص أكبر بخمس مرات من هذا الزيوليت المعين ، ويمكن أن تؤدي إلى زيادة مقابلة في إنتاج الماء ، وفقًا لما قاله وانغ.

يواصل الفريق العمل على تحسين المواد وتصميم الجهاز وتكييفه مع تطبيقات محددة ، مثل النسخة المحمولة للعمليات الميدانية العسكرية. يمكن أيضًا تكييف النظام ذي المرحلتين مع أنواع أخرى من مناهج حصاد المياه. قد تستخدم هذه دورات حرارية متعددة في اليوم ، يغذيها مصدر حرارة مختلف بدلاً من ضوء الشمس ، مع إمكانية إنتاج نواتج يومية أعلى.



ads

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.