لأن الموارد المائية الصالحة للشرب والزراعة قليلة، وبعضها بدء ينضب، يحاول العلماء البحث عن الموارد المائية العذبة بشتى الطرق .

وتوفر الأجهزة الصغيرة المحمولة لتحلية المياه، والتي تستخدم ضوء الشمس لإزالة الأملاح من مياه البحر، وجعلها صالحةً للشرب في المناطق الساحلية النائية أو القاحلة.

 ورغم معاناة 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.

 والسؤال: كيف يعمل هذا الاختراع  بنظام تحلية شمسي ذاتي التنظيف، مما يسهل امتصاص مياه البحر من خلال الفتيل. له غطاء شبه كروي خاص معرض لأشعة الشمس يجمع البخار، والذي يتكثف في النهاية في سائل صالح للشرب.

ثم تتدفق المياه المحلاة إلى غرفة تخزين يمكن أن تستوعب ما بين 30.28 إلى 39.75 لتر، والتي يمكن للمستخدمين بعد ذلك جمعها باستخدام مضخة.

ويستخدم الاختراع كبديل لمحطات تحلية المياه الكبيرة، لأنه "مصمم ليكون بسيطًا ويستخدم العلوم الأساسية فقط" للقيام بنفس العملية.

ويبدو أن هذا الاختراع أكثر من سيخدم البدو الذين يعيشون على السواحل والجزر في جنوب شرق آسيا، يجمعون مياه الأمطار أو مقايضة مياه الصنبور أينما ومتى أمكنهم ذلك، بسبب عدم توفر المياه النظيفة.

ولأن غالبية سطح العالم مغطى بالمياه، إلا أن جزءًا صغيرًا منه فقط صالح للشرب. وهذا يجعل تحلية المياه طريقة ذات إمكانات عالية لاستخراج المياه الصالحة للشرب؛ ومع ذلك، فإن العملية مكلفة للغاية.

وكرمت جائزة جيمس دايسون مؤخرًا فريقًا من المصممين الماليزيين لمفهوم جراب تحلية المياه المستدام المسمى WaterPod الذي يعمل على التقطير الشمسي لتحويل مياه البحر إلى مياه صالحة للشرب .

ولقد تم تطوير WaterPod بواسطة Bennie Beh Hue May و Yap Chun Yoon و Loo Xin Yang ، و تصميم WaterPod بحيث يطفو في البحر ، وبالتالي يمكن الوصول إليه من قبل البدو الرحل.

وتعمل على نظام تحلية شمسي ذاتي التنظيف يستخدم هيكل فتيل لامتصاص مياه البحر من أسفلها ونقلها إلى القماش الأسود الموضوع أعلى لوح الألمنيوم. عندما يمر ضوء الشمس عبر الغطاء الشفاف ، تتبخر مياه البحر من القماش على غطاء القبة.

صُممت لوحة الألمنيوم بشكل شبه كروي لزيادة مساحة سطح الماء المنتشر عبر القماش الأسود وتتسبب في تبخر مياه البحر بشكل أسرع مع ترك الملوثات خلفها. مع تبريد الهواء المحيط حول الغطاء، تتشكل أبخرة الماء بسهولة إلى قطرات من خلال عملية التكثيف، ستخلق أمواج المحيط الطاقة اللازمة لهز البخار المتجمع على القبة، ثم تتدفق قطرات الماء بكفاءة إلى المخزن أدناه وتكون قادرة على الاسترداد من خلال نظام ضخ المياه.

وستعمل جراب تحلية المياه كبديل فعال من حيث التكلفة لمحطات التحلية الحالية لمعالجة التلوث البلاستيكي في نفس الوقت، فإن WaterPods  المقترحة ذات النطاق الكامل ستكون مصنوعة من النفايات البلاستيكية المعاد تدويرها التي تم جمعها من المحيطات.

تمتلئ الطبقة الداخلية برغوة البولي يوريثان الممتدة التي تعمل كعزل حراري وتعزيز التعويم، بينما تمتلئ القبة السفلية بالإسمنت لزيادة ثبات الوزن وصفيحة الألمنيوم شبه الكروية مشتقة من نسيج الفطر لزيادة مساحة السطح من أجل تبخر أسرع.

 

ويخطط فريق المصممين للتحقق من فعالية WaterPod من حيث التطبيق العملي وقضايا التصنيع والحصول على تمويل من أي أطراف معنية لتخصيصه لمزيد من البحث والتطوير.

ويعتبر الاختراع الجديد انفراجه في تحلية المياه حيث محطات تحلية المياه التقليدية والتي تعتمد على الأغشية تكون غالية الثمن أو تستهلك الكثير من الطاقة.

وتحلية المياه بالطاقة الشمسية الحرارية هي أقل تكلفة ولكنها أيضاً أقل كفاءة، كما تتطلب مرايا مكافئة ضخمة لتركيز الضوء على مياه البحر لتبخيره.

 

 تعالج الأجهزة المحمولة لتحلية المياه بالطاقة الشمسية وتستخدم هذه الأجهزة موادَ امتصاص أشعة شمس أقل تكلفة والتي 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، وروزهو وانغ من جامعة جياو تونغ بشانغهاي وزملاؤهما 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.

 

وهذا 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”.

وأنتج الجهاز ذو الابعاد (10 سم × 10 سم) في المختبر 5.8 لتراً من الماء في الساعة وفي 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.

ويقول تشانغ لتلبية متوسط الاحتياجات اليومية من المياه لشخص بالغ أو لعائلة صغيرة، يمكن إنشاء مجموعة من الأجهزة متعددة المراحل وتنسيقها.

 

ويعمل الفريق الآن على 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، وهو 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."

ويتابع قائلاً بأن استخدام مواد امتصاص مختلفة ذات خصائص مضادة لنمو البكتريا سيساعد على الأداء الثابت على المدى الطويل لهذا الجهاز.