المياه العذبة نادرة في أجزاء كثيرة من العالم ويجب الحصول عليها بتكلفة كبيرة. ويمكن للمجتمعات القريبة من المحيط تحلية مياه البحر لهذا الغرض، لكن القيام بذلك يتطلب كمية كبيرة من الطاقة. بعيدًا عن الساحل، غالبًا ما يكون الخيار الوحيد المتبقي هو تكثيف الرطوبة الجوية من خلال التبريد، إما من خلال عمليات تتطلب بالمثل مدخلات طاقة عالية أو باستخدام تقنيات "سلبية" تستغل التأرجح في درجات الحرارة بين النهار والليل. ومع ذلك، مع التقنيات السلبية الحالية، مثل رقائق جمع الندى، لا يمكن استخراج المياه إلا في الليل. وذلك لأن الشمس تسخن الرقائق أثناء النهار، مما يجعل التكثيف مستحيلاً.
التبريد الذاتي والحماية من الإشعاع
قام الباحثون في ETH Zurich الآن بتطوير التكنلوجيا وهذا يسمح لهم، لأول مرة، بحصاد المياه على مدار 24 ساعة على مدار الساعة، دون الحاجة إلى إدخال الطاقة، حتى تحت أشعة الشمس الحارقة. يتكون الجهاز الجديد بشكل أساسي من لوح زجاجي مطلي خصيصًا، والذي يعكس الإشعاع الشمسي ويشع أيضًا حرارته عبر الغلاف الجوي إلى الفضاء الخارجي. وبالتالي فإنه يبرد نفسه إلى ما يصل إلى 15 درجة مئوية (59 درجة فهرنهايت) تحت درجة الحرارة المحيطة. وعلى الجانب السفلي من هذا الجزء، يتكثف بخار الماء من الهواء ويتحول إلى ماء. العملية هي نفسها التي يمكن ملاحظتها على النوافذ سيئة العزل في الشتاء.
قام العلماء بطلاء الزجاج بطبقات بوليمر وفضية مصممة خصيصًا. يؤدي نهج الطلاء الخاص هذا إلى إصدار اللوحة للأشعة تحت الحمراء عند نافذة ذات طول موجي محدد إلى الفضاء الخارجي ، مع عدم امتصاص الغلاف الجوي أو الانعكاس مرة أخرى على الجزء. عنصر رئيسي آخر للجهاز هو درع إشعاعي جديد مخروطي الشكل. إنه ينحرف إلى حد كبير الإشعاع الحراري من الغلاف الجوي ويحمي اللوحة من الإشعاع الشمسي الوارد ، مع السماح للجهاز بإشعاع الحرارة المذكورة أعلاه إلى الخارج وبالتالي التبريد الذاتي ، بشكل سلبي تمامًا.
قريبة من النظري الأمثل
كما أظهرت اختبارات الجهاز الجديد في ظروف العالم الحقيقي على سطح مبنى ETH في زيورخ ، يمكن للتقنية الجديدة أن تنتج ما لا يقل عن ضعف كمية المياه لكل منطقة في اليوم مثل أفضل التقنيات السلبية الحالية القائمة على الرقائق: الطيار الصغير نظام يبلغ قطره 10 سنتيمترات يوفر 4.6 مللي لتر من الماء يوميًا في ظل ظروف العالم الحقيقي. ستنتج الأجهزة الأكبر حجماً ذات الأجزاء الأكبر كمية من الماء وفقًا لذلك. تمكن العلماء من إثبات أنه في ظل الظروف المثالية ، يمكنهم حصاد ما يصل إلى 0.53 ديسيلتر (حوالي 1.8 أونصة سائلة) من الماء لكل متر مربع من سطح اللوحة في الساعة. هذا قريب من القيمة القصوى النظرية التي تبلغ 0.6 ديسيلتر (2.03 أوقية) في الساعة ، والتي يستحيل تجاوزها فعليًا.
تتطلب التقنيات الأخرى عادةً مسح المياه المكثفة من السطح ، الأمر الذي يتطلب طاقة. بدون هذه الخطوة ، سيتشبث جزء كبير من الماء المكثف بالسطح ويظل غير صالح للاستخدام مع إعاقة مزيد من التكثيف. طبق الباحثون طلاءًا جديدًا شديد المقاومة للماء (شديد المقاومة للماء) على الجانب السفلي من اللوح في مكثف المياه. يتسبب هذا في تكوّن المياه المكثفة إلى الأعلى والجري أو القفز من تلقاء نفسها. "على عكس التقنيات الأخرى ، يمكن لتقنياتنا أن تعمل حقًا دون أي طاقة إضافية ، وهي ميزة رئيسية.
كان هدف الباحثين هو تطوير تقنية للبلدان التي تعاني من ندرة المياه ، ولا سيما للبلدان النامية والناشئة. الآن ، كما يقولون ، لدى علماء آخرين الفرصة لتطوير هذه التكنولوجيا بشكل أكبر أو دمجها مع طرق أخرى ، مثل تحلية المياه ، لزيادة إنتاجهم. يعد إنتاج الألواح المطلية بسيطًا نسبيًا ويجب أن يكون بناء المكثفات أكبر من النظام التجريبي الحالي ممكنًا. على غرار الطريقة الخلايا الشمسية تتميز بعدة وحدات تم إعدادها بجانب بعضها البعض ، ويمكن أيضًا وضع العديد من مكثفات المياه جنبًا إلى جنب لتجميع نظام واسع النطاق معًا.