آبگیری از هوای خشک با کمک انرژی خورشیدی
چشمه ساري سيار
آيندهاي را تصور کنيد که در آن هر خانه مجهز به دستگاهي شود که تمام آب خانگي مورد نياز را بدون صرف انرژي و هزينه زياد از رطوبت موجود در هوا فراهم آورد.
اين روزها با پرده‌برداري از دستگاه جديد رطوبت‌گيري که قادر است با استفاده از انرژي پاک خورشيد حتي در مناطق خشک با رطوبت 20 درصدي روزانه چندين ليتر آب از هوا استخراج کند، اين تصور هرچه بيشتر به واقعيت نزديک شده است. اين رطوبت‌گير خورشيدي که به‌تازگي مقاله‌اي درباره آن در مجله Science به چاپ رسيده است، در موسسه تکنولوژي ماساچوست با استفاده از يک ماده مخصوص به نام بدنه آلي - فلزي يا MOF که در دانشگاه برکلي در کاليفرنيا توليد شده، ساخته شده است؛ محصولي که ابداع آن پيشرفتي عمده در مواجهه با چالش جمعآوري طولاني‌مدت آب از هوا، به ويژه در سطح رطوبت پايين به حساب مي‌آيد.
عمر ياغي، يکي از دو نويسنده ارشد اين مقاله، استاد و عضو هيئت علمي دانشگاه برکلي درباره اين محصول مي‌گويد: «در حال حاضر تنها راه موجود براي انجام اين کار استفاده از انرژي اضافي است و اين يعني دستگاه‌هاي رطوبت‌گير برقي در خانه آبي بسيار گران‌قيمت توليد مي‌کنند.»
نمونه اوليه توليدشده از اين رطوبت‌گير در شرايط 20 تا 30 درصدي رطوبت و با استفاده از يک کيلوگرم MOF قادر به جمعآوري 8/2 ليتر آب از هوا در طي يک دوره 12 ساعته است. آزمون پشت‌بام دستگاه در MIT نيز کارآيي آن در شرايط دنياي واقعي را تاييد کرده است.
چشم‌انداز توليدکنندگان اين رطوبت‌گير براي آينده اين است که آب مورد نياز شهروندان به صورت شخصي و خانگي و خارج از شبکه آبرساني توليد شود. در اين حالت هر خانه به يک دستگاه مجهز مي‌شود که با کمک انرژي پاک خورشيدي آب مورد نياز خانواده را تامين مي‌کند. توليدکنندگان اين دستگاه نه‌تنها رسيدن به اين چشم‌انداز را ممکن مي‌دانند، بلکه آن را آغاز پروژه‌اي براي شخصي‌سازي کامل آب تصور مي‌کنند.
ياغي بدنه آلي - فلزي (MOF) را بيش از 20 سال پيش اختراع کرده است. اين بدنه ترکيبي است از فلزاتي مانند منيزيوم يا آلومينيوم با مولکول‌هاي آلي که به شکل خاصي آرايش يافته و سرهم بندي شده و ساختاري سخت را ايجاد کرده‌اند. ساختارهايي متخلخل که براي ذخيره‌سازي گازها و مايعات ايده‌آل هستند. از آن زمان، بيش از 20 هزار نوع مختلف MOF توسط پژوهشگران در سراسر جهان ساخته شده است. برخي از آن‌ها نگهدارنده مواد شيميايي مانند هيدروژن يا متان بوده‌اند و برخي ديگر از طريق کاتاليز برخي واکنش‌هاي مواد شيميايي، قادر به جذب دي‌اکسيد کربن از گازهاي خارج شده از دودکش‌ها هستند.
در سال 2014 ياغي و تيم همکارانش در دانشگاه برکلي نوعي از MOF را سنتز کردند که ترکيبي از فلز زيرکونيوم و اسيد آديپيک است و بخار آب را به دام مي‌اندازد. وي سپس به ايولين وانگ، مهندس مکانيک در دانشگاه MIT، پيشنهاد کرد با کمک يکديگر اين MOF را به يک دستگاه جمعآوري آب تبديل کنند.
سيستم طراحي شده توسط خانم وانگ و دانشجويانش شامل بيش از يک کيلوگرم از کريستال‌هاي بسيار ريز MOF است که بين يک جاذب خورشيدي و يک صفحه خازن فشرده شده و در داخل يک محفظه باز و در معرض هوا قرار گرفته است. هنگامي که هواي پيرامون در MOF متخلخل پخش و پراکنده مي‌شود، مولکول‌هاي آب گرايش دارند به سطوح داخلي متصل شوند. همچنين مطالعات با کمک اشعه ايکس نشان داده است که مولکول‌هاي بخار آب اغلب تمايل دارند در گرو‌ه‌هايي هشت‌تايي به شکل مکعب گرد هم آيند.
در اين سيستم جمعآوري آب، نور خورشيد از طريق يک پنجره وارد مي‌شود، MOF را گرم مي‌کند و آب را به سمت کندنسوري مي‌راند که در دماي هواي بيرون قرار دارد. بدين ترتيب بخار آب متراکم تقطير مي‌شود و به صورت مايع در مخزن جمع‌آوري‌کننده مي‌ريزد. وانگ در اين‌باره مي‌گويد: «اين فرايند راهي جديد براي برداشت آب از هوا ارائه مي‌کند که نيازمند شرايط رطوبت نسبي بالا نيست و از لحاظ انرژي بسيار کارآمدتر از ديگر تکنولوژي‌هاي موجود است.»
اين تيم پژوهشي معتقد است اين نوع از رطوبت‌گيرها مي‌توانند بسيار پيشرفته‌تر شوند و مي‌توان به اشکال گوناگون کارايي آن را ارتقاء داد. مثلا مي‌شود سيستمي طراحي کرد که رطوبت هوا را در طول شب جذب کند و در طول روز آن را به صورت آب قابل استفاده درآورد يا سيستم رطوبت‌گير خورشيدي به گونه‌اي ساخته شود که قادر باشد با ايجاد فشار هواي بيشتر، حجم بيشتري از آب را در زمان کمتري توليد کند.
در حال حاضر MOF مي‌تواند تنها به ميزان 20 درصد از وزن خود آب جذب کند، اما انواع ديگر آن که از مواد متفاوتي ساخته شده باشند، احتمالا مي‌توانند تا 40 درصد وزن خود يا بيشتر جذب آب داشته باشند. اين مواد همچنين مي‌توانند بهينه‌سازي شوند تا در سطح رطوبت بالاتر يا پايين‌تر کارآيي بيشتري داشته باشند. آن‌ها درباره آينده ابداعشان مي‌گويند: «فقط اين نيست که ما يک دستگاه غيرفعال ساخته باشيم که در جايي مستقر شده تا آب جمعآوري کند؛ ما در حال حاضر با تکيه بر هر دو پايه دانش تجربي و نظري مي‌توانيم انواع ديگري از MOFها را شناسايي و گردآوري کنيم و همچنان موادي کارآمدتر بسازيم. ظرفيت‌هايي بسياري وجود دارد که با بهره گرفتن از آن‌ها مي‌توانيم ميزان آب جمعآوري شده را افزايش دهيم. مي‌توان گفت همه‌چيز بسته به دانش مهندسي در آينده است.»
در حال حاضر ياغي و تيمش مشغول کار بر روي ارتقاء MOFهايشان هستند، در حالي که وانگ نيز پروژه بهينه‌سازي سيستم رطوبت‌گيري به منظور توليد آب بيشتر را دنبال مي‌کند.
اين سيستم نوين که قادر است آب را از هوايي که در همه‌جا هست، با کمک انرژي بيکران خورشيد استخراج کند، مي‌تواند پاسخي باشد به مسئله دسترسي به آب که از اساسي‌ترين چالش‌هاي پيش روي بشر در آيندهاي نه‌چندان دور خواهد بود. با کمک اين فناوري سبز از اين پس چنانچه در بياباني بي‌آب و علف نيز گرفتار شويد، اين رطوبت‌گيرهاي خورشيدي همچون چشمه‌هايي سيار مي‌توانند ضامن زنده ماندن شما باشند، چراکه اين دستگاه‌ها قادرند حجم آبي را که براي هر روز زنده ماندن يک فرد در چنين شرايطي لازم است، در کمتر از يک ساعت جمعآوري کنند، آن هم با کمک انرژي خورشيدي که در حال تابش در بالاي سرتان است.
منبع: مجله دانش بنیان
ارسال به دوستان