ADVERTISEMENT
2 /3 FREE ARTICLES LEFT THIS MONTH Remaining
Chemistry matters. Join us to get the news you need.

If you have an ACS member number, please enter it here so we can link this account to your membership. (optional)

ACS values your privacy. By submitting your information, you are gaining access to C&EN and subscribing to our weekly newsletter. We use the information you provide to make your reading experience better, and we will never sell your data to third party members.

ENJOY UNLIMITED ACCES TO C&EN

Water

تحلية المياه بالطاقة الشمسية وبكفاءة عالية

يُسخر النظام الحرارة الضائعة لإنتاج ما يكفي من ماء صالح للشرب لشخص بالغ لساعة واحدة

by Prachi Patel special to C&EN
February 24, 2020 | APPEARED IN VOLUME 98, ISSUE 8

 

09808-scicon60-device-ar.jpg
Credit: Massachusetts Institute of Technology
أنتج جهاز لتحلية المياه بالطاقة الشمسية (10 سم × 10 سم) 72 مل من ماء الشرب ابتداءً من الماء المالح في (4.5) ساعات عند اختباره على سطح في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في ظل ظروف غائمة جزئياً. يمكن للجهاز تنقية (5.8) لتر في الساعة في حال أشعة الشمس الكاملة.

يمكنك الوصول إلى جميع محتوياتنا باللغة العربية هنا.

توفرُ الأجهزة المحمولة التي تستخدم ضوء الشمس لإزالة الأملاح من مياه البحر مياهاً صالحةً للشرب في المناطق الساحلية النائية أو القاحلة. لقد عانت تقنيات تحلية المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية من قلة الكفاءة. تمكن باحثون حديثاً من إيجاد نظام تحلية مياه عالي الكفاءة متعدد المراحل يمكنه إنتاج (5.8) لتراً من الماء العذب في الساعة تحت الشمس الساطعة أي ما يقارب ثلاثة أضعاف الكمية التي أنتجتها أجهزة مماثلة في الماضي (Energy Environ. Sci. 2020, DOI: 10.1039/C9EE04122B).

محطات تحلية المياه التقليدية والتي تعتمد على الأغشية تكون غالية الثمن أو تستهلك الكثير من الطاقة. تحلية المياه بالطاقة الشمسية الحرارية هي أقل تكلفة ولكنها أيضاً أقل كفاءة كما تتطلب مرايا مكافئة ضخمة لتركيز الضوء على مياه البحر لتبخيره. لا يناسب أيٌّ من التقنيتين المناطق النائية أو قليلة الموارد. تعالج الأجهزة المحمولة لتحلية المياه بالطاقة الشمسية هذه المشكلة و عادة ما تستخدم هذه الأجهزة موادَ امتصاص أشعة شمس أقل تكلفة و التي تسخن وتبخر مياه البحر. يتم جمع الأبخرة على مكثف ومنه يتجمع الماء العذب. يمكن لأفضل الأنظمة تحويل أكثر من 90% من طاقة الشمس لتوليد بخار الماء.

ابتكرت إيفلين وانغ من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، و روزهو وانغ من جامعة جياو تونغ بشانغهاي و زملاؤهم نظاماً متعدد المراحل يتجاوز هذا الحد بكثير، حيث تمكنوا من رفع الكفاءة إلى 385% عند الاختبار في ظروف مثالية. و قد تمكنوا من ذلك من خلال إعادة استخدام الحرارة المنبعثة من تكثف بخار الماء إلى سائل. هذا النظام هو الأول من نوعه الذي يستفيد من هذه الطاقة والتي عادة ما تضيع.

يحتوي الجهاز على عشرة إطارات نايلون مطبوعة بالتقنية ثلاثية الأبعاد (3D) مكدسة وموضوعة عامودياً على خزان الماء. يحتوي كل إطار على منشفة ورقية تعمل كمبخر و فيلم من الألومنيوم يعمل كمكثف. يضع الباحثون على الجانب المواجه للشمس من الإطار ماصاً أسود اللون لامتصاص الطاقة الشمسية الذي بدوره يسخن و يبخر الماء الذي يُمتص من قبل المنشفة الورقية. وعندما تتكثف الأبخرة على فيلم الألمنيوم، تُسيّر الحرارة المنبعثة إلى المنشفة الورقية الثانية (أي في الإطار الثاني) وهكذا تتكرر العملية حتى آخر الإطارات المُكدسة. يقول لينان تشانغ طالب الدراسات العليا في فريق وانج، إن هذا النهج متعدد المراحل قد استُخدِمَ في محطات تحلية المياه بالطاقة الشمسية الحرارية ذات السعات الكبيرة. و يتابع قائلاً: “لقد نقلنا هذه الفكرة إلى تصميم محمول”.

أنتج الجهاز ذو الابعاد (10 سم × 10 سم) في المختبر 5.8 لتراً من الماء في الساعة. في الظروف الأدنى من المثالية، على سطح معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في فصل الصيف، كان أداء الجهاز أقل، حوالي 50% بسبب الغيوم والرياح في بعض الأحيان. على السطح، أنتج الجهاز 72 مل من الماء في أربع ساعات ونصف. يقول تشانغ لتلبية متوسط الإحتياجات اليومية من المياه لشخص بالغ أو لعائلة صغيرة، يمكن إنشاء مجموعة من الأجهزة متعددة المراحل وتنسيقها.

يريد الفريق الآن تحسين الجهاز ومتابعة تقليل تكلفة المواد. يقول تشانغ بأن النموذج الأولي يُكلف الآن حوالي 1.50 دولار، ولكن 70% من هذه التكلفة هي إطارات النايلون المطبوعة بالتقنية ثلاثية الأبعاد، لذلك لا يزال هناك مجال للتحسين.

يقول هادي قاسمي، و هو مهندس ميكانيكي في جامعة هيوستن بإنه نهج ذو كفاءة عالية واقتصادي من حيث التكلفة لتحلية المياه بالطاقة الشمسية. “هذا العمل يجعل مفهوم تركيز الحرارة الشمسية خطوة أقرب إلى التنفيذ على نطاق واسع.” و يتابع قائلاً بأن استخدام مواد امتصاص مختلفة ذات خصائص مضادة لنمو البكتريا سيساعد على الأداء الثابت على المدى الطويل لهذا الجهاز.

هذه المقالة تأتيكم بالتعاون بين C&EN , الفرع الأردني الدولي للعلوم الكيميائية من الجمعية الكيميائية الامريكية و منشورات الجمعية الكيميائية الامريكية. القصة الاصلية (باللغة الإنجليزية) يمكن ايجادها هنا.

Translated by: Mohamad Dib Rajab, PhD, Technical University of Munich

Proofread by: Obadah Albahra, researcher, Paul Langerhans Institute Dresden

X

Article:

This article has been sent to the following recipient:

Leave A Comment

*Required to comment