یک دهم جمعیت جهان از فقدان آب تمیز رنج می برند. امروزه، محققان روشی ارزان قیمت برای تقطیر خورشیدی توسعه داده اند که از نور خورشید برای تصفیه آب کثیف استفاده می کنند، این روش چهار برابر سریع تر از روش های رایج تجاری است. مواد خام کمتر از 2 دلار در هر متر مربع هزینه دارند.
به گفته ژجون لیو Zhejun Liu ، یکی از محققان دانشگاه نیویورک (SUNY) در بوفالو Buffalo و یکی از نویسندگان همکار، این فناوری به افراد امکان تولید آب آشامیدنی را با پنل های خورشیدی بر سقف خانه آنها می دهد.
تقطیر خورشیدی هزار سال قدمت دارد. اغلب دارای مجراهای پشت مشکی ساده پر شده با آب هستند و بالای آنها شیشه یا پلاستیک شفاف است.
با جذب نور خورشید روی صفحه مشکی، تبخیر تسریع می شود که توسط سَری شفاف محصور و آب نوشیدنی حاصل می شود. اغلب آلاینده ها تبخیر نمی شوند و باقی می مانند. اما اغلب انرژی خورشید طی گرمایش آهسته مجرا پر شده آب، تلف می شود. حتی در بهترین تقطیر، 6 متر مربع ابعاد برای تولید آب کافی روزانه یک نفر نیاز دارد.
در سال های اخیر، محققان با دو رویکرد تقطیر را بهبود دادند.
اول، طراحی تقطیر را بهبود دادند به شکلی که لایه بالای آب در مجرا گرم و تبخیر شود، به این معنتی که انرژی کمتری از دست می رود. دوم، برای جذب بیشتر اشعه خورشیدی از نانومواد استفاده می شود. اما هر گرم نانومواد با جذب مناسب می تواند صدها دلار قیمت داشته باشد که در کشورهای در حال توسعه استفاده از این فناوری را غیرممکن می سازد.
کیوکیانگ گان Qiaoqiang Gan,، به عنوان مهندس برق در بوفالو SUNY، این مشکل را در ابتدا مشاهده کرد. آزمایشگاه او در حال توسعه نانومواد به عنوان جاذب سلول های خورشیدی بود تا برای تقطیر خورشیدی استفاده کند. اما به سرعت مشخص شد که هزینه های این ماده مقرون به صرفه نبوده و هرگز اجازه نخواهند داد که فناوری قابل اجرا باشد. بنابراین گان شروع به یافتن جایگزین های ارزان قیمت کرد.
تقطیر خورشیدی با قرار دادن صفحه با پوشش کربنی (مرکز) بالای مقطع بلوکه پلی استیرن که روی منبع آب شناور می شود تا تصفیه شود.
آب انتهای کاغذ کربنی را به سمت بالا تا سطح بالایی افروزه می کند. تابش نور خورشید آب جمع آوری شده برای آشامیدن را تبخیر می کند.
دستگاه جدید ساخته تیم او، دارای سه جزء اصلی است. گان و همکارانش با کاغذی غنی از فیبر، شبیه به کاغذی که برای تولید ارز به کار می رود، شروع کردند.
آن را با کربن سیاه پوشانده اند، یک پودر ارزان که بعد از سوخت ناقص روغن یا قیر حاصل می شود.
سپس بلوک فومپلی استایرن (ماده مورد استفاده برای ساخت فنجان قهوه) را گرفته و 25 قطعه متصل برش دادند.
فوم روی آب تصفیه نشده شناور می شود و به عنوان مانع عایق برای محافظت از گرمایش بیش از حد آب زیرین عمل می کند.
سپس محققان قطعات کاغذ را در هر مقطع لایه بندی نمودند و انتهای آن را به سمت پایین به طوری تا کردند که در آب آویزان شود.
کاغذ آب را به سمت بالا افروزه می کند، تمام سطح بالای هر 25 مقطع را مرطوب می کند. در نهایت، محفظه اکریلیک شفاف در بالا قرار می گیرد.
طی عملیات، آب تبخیر شده از صفحه کربنی توسط اکریلیک محصور می شود و به مجرای جمع آوری هدایت می شود و کاغذ آب اضافی را به سمت بالا افروزه می کند تا جایگزین شود. گان Gan و همکاران او در چالش های جهانی گزارش نمودند که نه تنها این تنظیمات عمل می کند بلکه کارایی آن در هدایت انرژی خورشید به آب در حال تبخیر 88 درصد است.
به گفته گان، این اجازه می دهد تا یک دستگاه با اندازه 1 متر مربع، 1 لیتر آب را در ساعت تصفیه نماید، که حدود چهار برابر سریعتر از نسخه های موجود در بازار است.
به همان اندازه مهم است که گان می افزاید، این تقطیر ارزان است. او تخمین می زند مواد مورد نیاز برای ساخت دستگاه، هزینه ای تقریبا 1.60 دلار در هر متر مربع دارد، در مقایسه با سیستم های تجاری 200 دلار در هر متر مربعی که لنزهای گران قیمت برای متمرکز نمودن اشعه خورشید برای تسریع تبخیر دارند.
در این قیمت، ارائه حداقل آب مورد نیاز برای یک خانواده چهار نفره ممکن است به اندازه 5 دلار برای مواد خام در هر دستگاه هزینه داشته باشد. این هزینه کم نه تنها به مردم در مناطق فقیرنشین کمک می کند، بلکه به همکاران در گسترش دستگاه تصفیه آب ارزان برای افراد مصیبت زده که در خطر فقدان آب آشامیدنی هستند، کمک می کند. به اعتقاد گان این برنامه فوری است.
گانگ چن Gang Chen، مهندس مکانیک در موسسه فناوری ماساچوست Massachusetts در کمبریج Cambridge می گوید : این کار جدید پیشرفت خوبی است، او مدل اختصاصی خود را در سال های اخیر توسعه داد که از مواد کمی متفاوت استفاده می کند.
تنظیمات جدید نه تنها از مواد اولیه ارزان استفاده می کند بلکه آب تازه را سریع تر تولید می کند. این مساله در حل چالش مربوط به آب بسیار حائز اهمیت است.
نویسندگان این گزارش یک شرکت به نام Suny clean water تاسیس کردند که کار خود تجاری کنند و در مباحثه با دیگر شرکت های سراسر دنیا هستند تا فناوری جدیدی ایجاد شوند.
*ن