جهاز يولد المياه من الجو ويعمل بالطاقة الشمسية

أوضح الباحثون تحت إشراف هيونهو كيم من معهد ماساشوسيتس للتقنية بمدينة كامبريدج الأمريكية في دراستهم التي تنشر اليوم الجمعة (14 أبريل/ نيسان 2017) في مجلة ساينس أن ضوء الشمس يكفي هذا الجهاز كمصدر للطاقة، وأن الجهاز يمكنه التخفيف من حدة مشكلة نقص المياه التي يعاني منها جزء من البشرية.
وأضاف الباحثون أن "ماء الغلاف الجوي مورد للمياه يعادل نحو 10 بالمائة من المياه العذبة في بحيرات الأرض". وقال الباحثون إنه على الرغم من وجود محاولات علمية بالفعل تسعى لاستغلال بخار المياه في الجو كماء للشرب إلا أن "هذه العمليات تتطلب غالبا إما وجود 100 بالمائة من الرطوبة النسبية للهواء أو كمية كبيرة من الطاقة"، وأن الرطوبة النسبية لا تزيد عن 20% في المناطق التي بحاجة ماسة للماء في حين أن ضوء الشمس يتوفر غالبا بشكل واسع في هذه المناطق مما جعلهم يختارون ضوء الشمس كمصدر وحيد للطاقة لنظامهم.
امتصاص الرطوبة عبر الإطار المعدني العضوي
وأطلق الباحثون اسم MOF801- على المادة التي يستخدمونها في تجميع المياه وهو اختصار لتعبير «metal-organic framework» الذي يعني (الإطار المعدني العضوي) ويتكون من معدن الزركونيوم، مركب من الهيدروجين والأكسجين وملح حمض الفوماريك. وعلى شكل مسحوق دقيق التبلور فإن مادة MOF801- تُكوِّن الكثير من المسام وتوفر بذلك سطحا كبيرا جدا يستطيع امتصاص الرطوبة من الجو. غير أن التحدي الأكبر الذي يواجه العلماء خلال هذه العملية هو كيفية استعادة هذه الرطوبة مرة أخرى من هذه المسام وتجميعها بدون بذل الكثير من الطاقة.
ولإثبات جدوى تجربتهم صنع الباحثون نموذجا أوليا بحجم 5 في 5 سنتمترات. وصل ضوء الشمس من خلال السطح الزجاجي للجهاز إلى مادة MOF801- وسخنها إلى نحو 65 درجة وهو ما يكفي لجعل جزء كبير من الرطوبة التي تم تجميعها تتبخر من المادة. ثم قام الباحثون بتسييل بخار الماء على مكثف ثم تنقيطه إلى حاوية لاستخدامه فيما بعد. ويعمل المكثف في وسط حراري درجته نحو 25 درجة مئوية ولا يحتاج لأن يبرد خصيصا لتكثيف الماء.
ويدعم تعاقب الليل والنهار مبدأ عمل الجهاز حيث يتجمع الماء ليلا على المادة وفي النهار يتبخر هذا الماء بسبب أشعة الشمس ويتم تحويله للمسيِّل، وبذلك يمكن توليد 2,8 لتر ماء عن كل يوم وكل كيلوغرام من المادة وفقا لحسابات الباحثين بالنسبة للمناطق الجافة وفي وجود رطوبة نسبية بنسبة 20 بالمائة. ورأى عمر ياجي، أحد كبار الباحثين المشاركين في الدراسة من جامعة كاليفورنيا بمدينة بركلي، أن الجهاز "يمثل نقلة نوعية في مهمة ترشيح مياه من الجو في ظل وجود رطوبة ضئيلة وهي المهمة الخاضعة للبحث منذ وقت طويل". وأوضح ياجي أن هناك مواد أكثر فعالية في امتصاص بخار الماء من المادة المذكورة وقال إن هناك الكثير من الإمكانيات لزيادة كمية الماء المجمع "ولكن ذلك يتوقف فقط على تطوير تصميم الجهاز".