الإثنين , يوليو 23 2018
الرئيسية / بنك المعلومات / ادارة المياه / تطوير أداة لتنقية المياه بالطاقة الشمسية

تطوير أداة لتنقية المياه بالطاقة الشمسية

المصدر: فريق التحرير العلمي لمرصد المستقبل
صادفت إحدى متسلقات الجبال أثناء سيرها في الصحراء بركةً صغيرةً خلفتها مياه الأمطار، فكان عليها اتخاذ القرار بشرب الماء والمخاطرة بالإصابة بإنتان بسبب جراثيم البركة أو تحمل الجفاف بعد أن أنهكها العطش والبعد عن الوطن، لكنها ستتخذ قرارها بالشرب دون تردد بفضل نوع جديد من أدوات تنقية المياه التي تستخدم الطاقة الشمسية والماء لإنتاج فوق أكسيد الهيدروجين، الذي يُعد معقمًا فعالًا واسع الانتشار. طورت «شاولن زينج» البروفيسورة المساعدة في الهندسة الميكانيكية منقي المياه التجريبي والذي يُعد شكلًا جديدًا لعملية استخدام الأشعة الشمسية لفصل الماء إلى هيدروجين وهو وقود نظيف الاحتراق، بالإضافة إلى الأكسجين وهو عنصر أساسي للحياة. أشار الفريق في دراسته المنشورة في دورية أدفانسد إنريجي ماتيريالز إلى أن العملية الجديدة ستختزل الأكسجين وتؤكسد الماء لإنتاج فوق أكسيد الهيدروجين أو الماء الأكسجيني بدلًا من فصل الماء إلى أكسجين وهيدروجين.
قالت زينج «كمية قليلة من فوق أكسيد الهيدروجين قادرة على تعقيم الماء، فهو يُعقم الماء بعشرات الأجزاء للمليون، أي ما يعادل ملعقتي طعام لنحو 96 لترًا من الماء.» وسرعان ما وصل نظام ستانفورد للتنقية في اختبارات تنقية مياه الصنبور إلى 400 جزء للمليون خلال خمس ساعات. وعلى فريق زينج تغيير بعض المواد في العملية لجعل خليط الماء العادي بفوق أكسيد الهيدروجين أكثر أمانًا للشرب، لكنه يرى أن الجهاز قادر على تحويل برك المياه العذبة إلى واحات صالحة للشرب.
تتصور وينج وتلميذها «زينجيان شي» طالب الدكتوراه وقائد المشروع أنه يمكن استخدام النظام في المسابح وتنقيتها بفوق أكسيد الهيدروجين بدلًا من الكلور، أو إنشاء محطات تنقية للمياه تعمل بالطاقة الشمسية في المناطق النامية التي تُعد فيها المياه النقية نادرةً.

يتألف النموذج الأولي من قطبين، آنود وكاثود مغمورين في الماء. الآنود مصنوع من فانادات البزموث وهو شبه موصل حساس للضوء، أما الكاثود مصنوع من الكربون. يرسل الآنود عند تعرضه لضوء الشمس إلكترونات سلبية الشحنة تتدفق نحو الكاثود، وتتدفق النواقل موجبة الشحنة أو ما يُعرف في الفيزياء بالثقوب نحو الآنود. ويحول تدفق الإلكترونات الأكسجين إلى فوق أكسيد الهيدروجين، وتعمل الثقوب على تحويل الماء إلى فوق أكسيد الهيدروجين لتشكيل مركبات التنقية عند القطبين. وهذه العملية جديدةً وتُعرف في الهندسة بالنظام الكهروضوكيميائي. وبدأت دراسة هذه الأنظمة منذ سبعينيات القرن الماضي لقدرتها على تحويل ضوء الشمس إلى وقود ومواد كيميائية مفيدة أخرى مثل الهيدروجين والأكسجين.
قالت زينج «لا يحتاج نظامنا إلى موارد خارجية للطاقة ويكفيه أشعة الشمس والماء والأكسجين ليبدأ بالعمل. ويُعد الماء وقود نظامنا، ويمكن تشغيل النظام باستخدام مياه الصنبور.» ينتج النظام فوق أكسيد الهيدروجين في جانبي التفاعل، عند الكاثود والآنود. وعند الانتهاء تتبقى كمية قليلة من الكهرباء تنجم عن كفاءة التفاعلات الكيميائية، ويمكن استخدامها في إضاءة مصباح ثنائي ضوئي يعمل مؤشرًا على كفاءة عمل النظام وأن الماء أصبح سليمًا للشرب، وفقًا للباحثين. وقالت زينج «نرى أن العملية تُعد توجها جديدًا في فصل الماء باستخدام الأنظمة الكهروضوكيميائية، التي تتطلب عادةً طاقةً إضافيةً لتعمل.»
يرى الباحثون أن المُنَقّي يُعد إثباتًا للفكرة وأنه ما زال يحتاج إلى تعديلات أخرى قبل أن ينتشر، لا سيما وأن فانادات البزموث سام ويجب استبداله بمادة مشابهة حساسة للضوء. اختارت الدكتورة «سميرة سياهروستامي» وهي كاتبة مساعدة في الدراسة ومهندسة باحثة لدى مركز سنكات للعلوم التداخلية والتحفيز لدى ستانفورد فانادات البزموث لآنود هذا النموذج الأولي لكفاءته وقدرته على توليد فوق أكسيد الهيدورجين. ويخطط الباحثون لاختبار مواد آنود أخرى أكثر استقرارًا وكفاءةً وأمانًا لتنقية المياه. ترى زينج وشي أنه يمكن إبدال الكربون بمادة أخرى حساسة للضوء، وقد يدعم هذا التصميم الأشعة الشمسية لرفع كفاءة النظام.

عن Dr. Imad Saad

رئيس تحرير شبكة بيئة ابوظبي عضو جمعية الصحفيين بالإمارات، واتحاد الصحفيين العرب والاتحاد الدولي للصحفيين والرابطة العربية للاعلاميين العلميين 1- مؤسس ومدير تحرير مجلة المرشد الزراعي (ارشادية زراعية صدرت عن بلدية ابوظبي (1999 - 2010) 2- مدير تحرير مجلة البيئي الصغير (توعوية بيئية موجهة للاطفال صدرت عن بلدية ابوظبي (2001 - 2010) 3- مؤسس ومدير تحرير مجلة الشجرة المباركة (علمية أكاديمية متخصصة بنخيل التمر والابتكار الزراعي، تصدر عن جائزة خليفة الدولية لنخيل التمر والابتكار الزراعي 2009 - 2017) 4- مؤسس ورئيس التحرير المسؤول شبكة بيئة ابوظبي (اول وسيلة اعلامية مرخصة ومتخصصة بتوطين المعرفة المسؤولة باللغة العربية الأم في مجال التنمية المستدامة والمسؤولية المجتمعية (2011 - 2017)

شاهد أيضاً

انضمام معتز غندور إلى المجلس الفخري للجمعية الدولية لتحلية المياه (IDA)

معتز غندور المدير التنفيذي لشركة ماتيتو وصاحب سجل الخدمة الأطول في صناعة المياه الاستعانة بأهل …