نور خورشید، راه حلی برای بحران جهانی تصفیه آب

پژوهشگران UniSA تکنیکی مقرون به صرفه را توسعه داده‌اند که می‌تواند با استفاده از مواد ارزان قیمت و مقاوم و نور خورشید، آب آشامیدنی سالم را به میلیون‌ها انسان آسیب پذیر برساند. این سامانه در نقاطی که آب شیرین به صورت طبیعی وجود نداره راه حلی مهم خواهد بود. برای آشنایی بیشتر با سامانه خورشیدنی تصفیه آب با مجله فناوری‌های توان افزا و پوشیدنی همراه باشید.

نور خورشید، راه حلی برای بحران جهانی تصفیه آب

اهمیت ابداع روش های کم هزینه تصفیه آب

کمتر از ۳ درصد از آبهای جهان شیرین است و به دلیل فشارهای ناشی از تغییرات آب و هوایی، آلودگی و تغییرات الگوی مصرف مردم، در بسیاری از مناطق جهان این منبع کمیاب در حال نابودی است.

در حال حاضر، ۱٫۴۲ میلیارد نفر – از جمله ۴۵۰ میلیون کودک – در مناطقی زندگی می‌کنند که آب مصرفی آن آلوده یا بسیار آلوده است و انتظار می‌رود این ارقام طی دهه‌های آینده افزایش یابد.

فرایند جدید و امیدوار کننده پژوهشگران UniSA’s Future Industries Institute می‌تواند بحران آب مصرفی را برای میلیون‌ها نفر، از جمله کسانی که در مناطق محروم و آسیب‌پذیر کره زمین زندگی می‌کنند، برطرف کند.

آشنایی با پژوهشگران سامانه خورشیدی تصفیه کننده آب

گروهی به سرپرستی دانشیار Haolan Xu روشی را ایجاد کرده‌اند که از طریق تبخیر آب به وسیله نور خورشید، از آب دریا، آب شور و یا آب آلوده، آب شیرین استخراج می‌کنند و می‌توانند آب مصرفی روزانه یک خانواده چهار نفره را تنها از یک متر مربع آب مخزن تامین کنند.

Xu می‌گوید: “در سال‌های اخیر روش تبخیر خورشیدی برای ایجاد آب آشامیدنی بسیار مورد توجه قرار گرفته است، اما روش‌های قبلی بسیار ناکارآمد بودند. ما بر این ناکارآمدی‌ها غلبه کرده‌ایم و اکنون فناوری ما می‌تواند آب شیرین کافی را تنها با صرف کسری از هزینه فناوری‌های موجود مانند اسمز معکوس تامین کند.”

در قلب این سامانه، یک ساختار فوتوترمال بسیار کارآمد قرار دارد که روی سطح منبع آب قرار گرفته و نور خورشید را به گرما تبدیل می‌کند. این ساختار برای تبخیر بیشتر آب در زمان کمتر، انرژی را دقیقاً روی سطح متمرکز می‌کند.

هر چند مهندسین دیگری نیز این تکنیک را کشف کرده بودند اما تلاش‌های قبلی با از دست دادن انرژی همراه بود و حرارت از منبع در هوای اطراف آن پخش می‌شد.

برتری سامانه دانشگاه UniSA به سایر تصفیه کننده های خورشیدی آب

دکتر Xu می‌گوید: “در گذشته بسیاری از فتوترمال‌های آزمایشگاهی اساسا دو بعدی بودند، فقط یک سطح صاف داشتند و می‌توانستند تنها ۱۰ تا ۲۰ درصد از انرژی خورشید را به منبع آب و محیط اطرافش انتقال دهند. ما تکنیکی را توسعه داده‌ایم که نه تنها از هرگونه اتلاف انرژی خورشیدی جلوگیری می‌کند، بلکه انرژی اضافی را از حجم آب و محیط اطراف می‌گیرد، به این معنی که این سیستم با کارایی ۱۰۰ درصدی برای ورودی انرژی خورشیدی کار می‌کند و ۱۷۰ درصد انرژی دیگر را از آب و محیط اطراف می‌گیرد.

مقایسه با سایر سامانه های تصفیه کننده آب

برخلاف ساختارهای دو بعدی که توسط پژوهشگران دیگر استفاده شده است، دکتر Xu و گروه وی یک اواپراتور باله شکل سه بعدی، شبیه هیت سینک ساخته اند.

طراحی آن‌ها گرمای اضافی را از سطوح بالایی اواپراتور (یعنی سطح تبخیر خورشیدی) دور می‌کند و گرما را برای تبخیر آب به سطوح باله‌ای شکل انتقال می‌دهد، بنابراین سطح بالایی تبخیر کنند خنک می‌شود و اتلاف انرژی به صفر می‌رسد.

با استفاده از این روش تمام سطوح اواپراتور در دمای پایین‌تری نسبت به آب و هوای محیط اطرافش قرار می‌گیرد، بنابراین انرژی اضافی از محیط خارجی با انرژی بالاتر به اواپراتور با انرژی پایینتر جریان می‌یابد.

کارایی بالای سامانه UniSA

وی افزود: “ما اولین محققان در جهان هستیم که توانستیم هنگام تبخیر خورشیدی از حجم آب انرژی بگیریم و از آن برای تبخیر استفاده کنیم. این فرایند به ما کمک می‌کند تا بتوانیم ۱۰ تا ۲۰ لیتر آب شیرین در روز از هر یک متر مکعب تصفیه کنیم. این سامانه علاوه بر کارآیی بالای که دارد، به راحتی از مواد کم هزینه، مقاوم و در دسترس ساخته می‌شود.

دکتر Xu می‌گوید: “یکی از اهداف اصلی پروژه ما ارائه راهکاری کاملا عملی و کاربردی بود، به همین دلیل مواد مورد استفاده برای ساخت، به راحتی از فروشگاه‌های ابزار و سوپر مارکت‌ها قابل تهیه است. تنها استثنا در این سامانه مواد فوتوترمال است اما حتی در آن نیز ما از یک فرایند بسیار ساده و مقرون به صرفه استفاده میکنیم. در حقیقت پیشرفتهای واقعی ما مربوط به طراحی سامانه و بهینه سازی رابطه انرژی است، نه مواد.”

هزینه اندک ساخت و نگهداری

نگهداری از این سامانه نیز بسیار آسان است. زیرا طراحی ساختار فوتوترمال به گونه‌ای است که از تجمع نمک و سایر آلاینده‌ها در سطح اواپراتور جلوگیری می‌کند.

در مجموع، هزینه کم و نگهداری آسان باعث می‌شود، سامانه‌ای که توسط دکتر Xu و گروهش توسعه یافته است، نسبت به سایر سامانه‌های نمک‌زدایی و تصفیه که از نظر مالی و عملیاتی قابل اتکا نیستند، مورد توجه قرار گیرد.

کاربردی بودن سامانه برای مناطق دور از مراکز صنعتی

دکتر Xu می‌گوید: “به عنوان مثال، در جوامع دور افتاده و کم جمعیت، هزینه زیرساخت سامانه‌هایی مانند اسمز معکوس بسیار زیاد است و قابل توجیه نیست اما روش ما با هزینه‌ای بسیار کمتر و راه‌اندازی آسان، در مرحله اجرا هزینه نخواهد داشت. همچنین به دلیل اینکه ساختار این سامانه ساده است، نیازی به تعمیر و نگهداری ندارد و برای کار با آن نیاز به تخصص خاصی نیست.”

وی افزود”این فناوری واقعاً پتانسیل این را دارد که راه حلی طولانی مدت برای تامین آب تصفیه شده ارائه دهد. خصوصا به افراد و جوامعی که توانایی خرید گزینه‌های دیگر را ندارند و چنین جوامعی بیشتر از بقیه به این راهکار نیاز دارند.”

علاوه بر کاربردهای آب آشامیدنی این سامانه، دکتر Xu می‌گوید گروه وی در حال بررسی طیف وسیعی از کاربردهای دیگر این فناوری، از جمله تصفیه فاضلاب عملیاتهای صنعتی هستند.

او می‌گوید: “روش‌های بالقوه بسیاری برای انطباق با این فناوری وجود دارد، بنابراین ما واقعاً در آغاز یک سفر بسیار هیجان انگیز هستیم.


امکان اتصال مغز به رایانه با نانوذرات الکتریکی مغناطیسی
ایده های خلاقانه فناوری سبز
چگونه هوش مصنوعی می تواند امنیت غذایی را تضمین کند؟


منبع: techexplore

«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *