استخراج بخار المياه من الصحراء بالطاقة الشمسية «1 من 2»

نشر باحثون من معهد ماساتشوستس للتقنية، وجامعة كاليفورنيا في بيركلي، ومختبر لورنس بيركلي الوطني، ومدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية، ورقة بحثية في مجلة العلم تصف جهازا يعمل بالطاقة الشمسية ويستخدم نوعا جديدا من الإطار العضوي المعدني يستطيع استخراج ما يصل إلى ثلاثة لترات من الماء كل يوم حتى من الهواء الصحراوي الأكثر جفافا. حيث يتشرب الجهاز في الليل بخار الماء من الهواء، ثم يستخدم حرارة الشمس خلال النهار لتحويله إلى ماء سائل. حقا لا يمكنك استخراج الدم من الحجر، ولكن يمكنك الآن استخراج المياه من السماء الصحراوية، وذلك بفضل جهاز جديد يشبه في طريقة عمله الإسفنج ويستخدم أشعة الشمس لامتصاص بخار الماء من الهواء حتى في ظل درجة الرطوبة المنخفضة. ويمكن للجهاز أن ينتج ما يقرب من ثلاثة لترات من الماء يوميا من كل كيلوجرام يتم امتصاصه، ويرى الباحثون أن الإصدارات المستقبلية ستحقق نتائج أفضل من ذلك. وهذا يعني أن المنازل في المناطق الأكثر جفافا في العالم يمكن أن تمتلك قريبا جهازا يعمل بالطاقة الشمسية قادرا على توفير جميع المياه اللازمة لهذه المنازل، وتقديم الإغاثة لمليارات البشر. تخيل مستقبلا يمتلك فيه كل منزل جهازا يستخرج كل المياه التي يحتاج إليها المنزل من الهواء -حتى في المناخ الجاف أو الصحراوي- وذلك باستخدام الطاقة الشمسية فقط. وهناك ما يقدر بنحو 13 تريليون لتر من المياه العائمة في الغلاف الجوي في أي وقت، بما يعادل 10 في المائة من جميع المياه العذبة في بحيرات وأنهار كوكبنا. وعلى مر السنين طور الباحثون طرقا لاستخراج بعض القطرات، مثل استخدام الشباك الناعمة لاصطياد المياه من تجمعات الضباب، أو مزيلات الرطوبة شديدة استهلاك الطاقة لتكثيف الماء من الهواء. ولكن كلا النهجين يتطلبان إما هواء رطبا جدا أو كثيرا من الكهرباء حتى يمكن الاستفادة من أيهما على نطاق واسع. ولتحقيق حل شامل توجه باحثون بقيادة البروفيسور عمر ياجي -الكيميائي في جامعة كاليفورنيا في بيركلي- إلى عائلة من المساحيق البلورية تسمى الأطر العضوية المعدنية. حيث طور البروفيسور ياجي أول هذه البلورات -بلورات مسامية تشكل شبكات ثلاثية الأبعاد مستمرة- منذ أكثر من 20 عاما. وتتجمع هذه الشبكات في هياكل بطريقة شبيهة بالذرات المعدنية التي تعمل كمحاور وتحتوي على مركبات عضوية عصوية تقوم بالربط بين هذه المحاور. وعن طريق اختيار المعادن والمواد العضوية المختلفة يمكن للكيماويين تحديد خصائص هذه الأطر والتحكم في الغازات المرتبطة بها ومدى قوة تماسكها. ثم تعاون البروفيسور ياجي مع إيفلين وانج -أستاذ الهندسة المشارك في معهد ماساتشوستس للتقنية- التي طورت جهازا يستخرج الجزيئات من الأطر العضوية المعدنية للحصول على مياه شرب نظيفة. وقد طور العلماء جهازا يعمل بالطاقة الشمسية يمكنه الحصول على مياه صالحة للشرب من هواء الصحراء. ويتكون الجهاز الذي صممته وانج وطلابها من كيلوجرام من بلورات أطر عضوية معدنية في حجم الغبار مضغوطة في ورقة رقيقة مسامية من معدن النحاس. وتحول حرارة الشمس جزيئات الماء التي تم التقاطها إلى بخار، مع السماح له بالخروج من المسام والدخول إلى الجهاز الذي هو عبارة عن غرفة شفافة من الإكريليك. ويتم وضع هذه الورقة بين ممتص للطاقة الشمسية ولوحة مكثف داخل الغرفة. وفي الليل يتم فتح الغرفة بما يسمح للهواء المحيط بالانتشار خلال مسام الأطر العضوية المعدنية وتلتصق جزيئات الماء بالسطوح الداخلية وتتجمع في مجموعات ثمانٍ لتشكيل قطرات مكعبة صغيرة. وفي الصباح يتم إغلاق الغرفة وتدخل أشعة الشمس من خلال نافذة على الجزء العلوي من الجهاز ثم تسخن الأطر العضوية المعدنية، ما يحرر قطرات الماء ويحركها كبخار نحو مكثف تبريد. ويتسبب الفرق في درجة الحرارة فضلا عن الرطوبة العالية داخل الغرفة في تكثف البخار كمياه سائلة تتقطر في وعاء. ويعمل الجهاز بشكل جيد حيث يستخرج 2.8 لتر من الماء من الهواء يوميا لكل كيلوجرام من محتوى الأطر العضوية المعدنية، وفقا لمنشور الفريق البحثي في مجلة العلم.