في وقت تتزايد فيه الضغوط على مصادر المياه العذبة في العالم، قدم باحثون حلا بسيطا وواعدا يمكن أن يحدث تحولا جذريا في كيفية الحصول على مياه الشرب، وهو مادة إسفنجية فريدة تعتمد على ضوء الشمس لتحويل مياه البحر إلى مياه صالحة للشرب، من دون الحاجة إلى كهرباء أو طاقة خارجية.
ووفقا للدراسة التي نشرت في الثاني من يوليو/تموز الجاري في مجلة “إي سي إس إنرجي ليترز” يعتمد هذا الابتكار على نوع خاص من الهياكل الدقيقة يُعرف باسم “الهلام الهوائي” أو “الأيروجيل”، وهو مادة خفيفة شبيهة بالإسفنج تحتوي على فراغات مجهرية تساعد على امتصاص الماء ونقله على شكل بخار.
ما الفرق بين الإسفنج الجديد والهلاميات التقليدية؟
وفي تجربة ميدانية أجريت في ضوء الشمس الطبيعي، تمكن النظام من إنتاج نحو 3 ملاعق كبيرة من الماء النقي خلال 6 ساعات، ما يفتح الباب أمام استخدامه مستقبلا في المناطق الفقيرة بالمياه والطاقة، وفقا لـ”شي شين” المؤلف الرئيسي للدراسة والأستاذ المساعد في قسم هندسة الطيران والملاحة الجوية، في جامعة هونغ كونغ للفنون التطبيقية.
ويضيف “شين” في تصريحات لـ”الجزيرة. نت”: “يتيح ابتكارنا هذا تحلية كاملة لمياه البحر من دون الحاجة لأي مصدر طاقة خارجي، وبكفاءة لا تتأثر بحجم المادة المستخدمة، وهذا يجعله حلا بسيطا وقابلا للتوسع لتوفير المياه النظيفة”.
ولطالما كانت هناك محاولات لتطوير مواد تعتمد على الشمس من أجل معالجة المياه، من أبرزها ما يعرف بـ”الهلام المائي”، الذي يعتمد على الاحتفاظ بكميات من الماء داخله، ويطلقها عند التسخين في صورة بخار نقي، لكن هذا النوع من المواد غالبا ما يكون هشا، ويعتمد على احتباس السوائل داخله.
أما الاختراع الجديد، فهو مبني على مادة الأيروجيل الأكثر صلابة، وهي مادة خفيفة لكنها جافة، تعتمد على وجود فراغات صلبة متناهية الصغر تساعد في توصيل الماء أو البخار بكفاءة. وكان التحدي في استخدام هذه المادة في فقدان كفاءتها عند زيادة حجمها، إذ تقل فعالية التبخر كلما كبر حجم الجسم المستخدم.
لكن الفريق تمكن من التغلب على هذه المشكلة عبر تقنية تصنيع ثلاثية الأبعاد، إذ خلط الباحثون أنابيب كربونية نانوية مع ألياف السليلوز المجهرية، ثم طبعوا الخليط على سطح مجمد، وهذا ساعد على تشكيل طبقات متماسكة مليئة بثقوب عمودية منتظمة لا يزيد عرضها على 20 ميكرومترا.
والنتيجة كانت مادة إسفنجية قوية وفعالة، لا يتأثر أداؤها بحجمها. وبحسب التجارب التي أجريت على قطع إسفنجية بأحجام مختلفة (من سنتيمتر واحد حتى 8 سنتيمترات)، فإن الأداء كان متساويا في كل الحالات، حيث تم إنتاج بخار الماء بنفس الكفاءة، بغض النظر عن حجم القطعة.
تحلية شمسية منخفضة التكلفة قابلة للتوسع
ويوضح المؤلف الرئيسي للدراسة أن من أبرز ما يميز هذا النظام الجديد أنه لا يحتاج إلى أي مصدر خارجي للطاقة. ففي التجربة، تم وضع القطعة الإسفنجية في كوب يحتوي على مياه البحر، ثم غطيت بغطاء بلاستيكي شفاف ومنحن.
وعند تعرض النظام لأشعة الشمس، ارتفعت حرارة سطح المادة، فتبخر الماء (لكن بدون الأملاح)، ثم تكاثف البخار على سطح الغطاء وتجمع على الأطراف، قبل أن يقطر إلى وعاء خارجي على شكل ماء عذب.
ورغم أن الكمية المنتجة كانت متواضعة في الاختبار (قرابة 3 ملاعق كبيرة من الماء خلال 6 ساعات)، فإن أهمية الاختراع تكمن في بساطته وقابليته للتوسع، حسبما يؤكد “شين”، الذي أضاف: “هذا النظام لا يعتمد على ضغط أو حرارة صناعية أو أي مكونات كهربائية. فقط ضوء الشمس، وبعض البلاستيك، ومادتنا الإسفنجية الخاصة”.
ولأن المادة المطورة يمكن إنتاجها بتقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد، فإن تطبيقها على نطاق واسع قد يصبح ممكنا في المستقبل القريب، بحسب الفريق البحثي الذي يأمل أن يستخدم هذا الابتكار في توفير مياه الشرب بالمناطق الساحلية أو في أماكن الكوارث، أو في المناطق التي تعاني من نقص دائم في البنية التحتية للطاقة.