إعادة تدوير قشور جوز الهند والبرتقال والموز إلى جهاز امتصاص شمسي لتحلية المياه
تطوير طرق مبتكرة وفعالة من حيث التكلفة لتحويل النفايات العضوية إلى مواد مفيدة للقطارات الشمسية التي تنقي المياه
طور علماء من المعهد الوطني للتعليم، جامعة نانيانج التكنولوجية في سنغافورة، طريقة لتحويل نفايات الفاكهة مثل قشور جوز الهند وقشور البرتقال وقشور الموز إلى ممتص شمسي مصنوع من مادة MXene من أجل كفاءة عملية تحلية المياه.
تنتج سنغافورة أكثر من 20 ألف طن من الفاكهة سنويًا، يأتي معظمها من قطاع عصائر الفاكهة، الذي يستخدم 50٪ من الفاكهة، لكنه يتخلص من الباقي كقمامة، مثل قشر الفاكهة، أعطى هذا الإلهام للدكتور إديسون أنج، إنه يرى الثروة حيث يرى الآخرون أن النفايات هي موارد مجانية يمكن استخدامها لإنشاء منتجات قيمة، مثل MXene في هذا المثال.
هناك نوع من المواد يُعرف باسم MXene يتمتع بقدرات تحويل كبيرة من الضوء إلى الحرارة، ويمكن استخدامه لبناء لقطات شمسية لمعالجة المياه باستخدام الطاقة الشمسية النظيفة والمتجددة، لا يزال من الممكن نقل هذه الطاقة الشمسية وتركيبها بسهولة في المناطق الريفية ذات الوصول المحدود إلى الكهرباء.
تم استخدام نفايات الفاكهة لإنشاء مواد MXene من خلال عملية كربنة من خطوتين، وتم استخدام هذه المواد لإنشاء ممتص شمسي في جهاز شمسي لتحلية المياه. ظهر هذا العمل في مجموعة موضوع الكيميائيين الشباب لعام 2022 في مجلة كيمياء المواد أ .
النتائج الرئيسية للورقة هي:
تُظهر MXenes المشتقة من نفايات الفاكهة كفاءة ممتازة في التحويل من الضوء إلى الحرارة، بمعدل 90٪. هذا ما يقرب من 30 ٪ أعلى من امتصاص الطاقة الشمسية التجارية، مما يعني أنه أكثر فعالية في تحويل الطاقة الشمسية إلى طاقة حرارية.
يمكن أن يؤدي استخدام نفايات الفاكهة كمصدر للمواد الخام لإنتاج MXene إلى تقليل تكلفة المواد بشكل كبير. في هذه الدراسة، كانت مادة MXene أقل تكلفة من البدائل التجارية لأنه تم الحصول على أحد مصادر التفاعل مجانًا من نفايات الفاكهة.
أظهر النموذج الأولي للطاقة الشمسية محلية الصنع التي تستخدم مادة MXene تحسنًا كبيرًا في معدل إنتاج المياه ، مع زيادة تقارب 50 ٪ عن الطاقة الشمسية الحالية.
المياه النقية التي تنتجها الطاقة الشمسية محلية الصنع لا تزال تفي بمعايير منظمة الصحة العالمية لمياه الشرب، يشير هذا إلى أن الطاقة الشمسية القائمة على MXene لا تزال قادرة على إنتاج مياه شرب نظيفة وآمنة للاستهلاك البشري.
ينصب التركيز الرئيسي لأبحاث الدكتور إديسون على تطوير طرق مبتكرة وفعالة من حيث التكلفة لتحويل النفايات العضوية إلى مواد مفيدة للقطارات الشمسية التي تنقي المياه، تم صنع الجرافيت بنجاح من القمامة البلاستيكية في دراسة سابقة قام بها فريقه، وتم نشر هذا العمل في مجلة كيمياء المواد أ.
أظهر كلا البحثين أنه يمكن تحويل النفايات العضوية إلى مواد ثنائية الأبعاد (2D) ذات قيم أعلى مثل الجرافيت وMXene. بالإضافة إلى ذلك ، يعزز هيكلها المتميز على شكل قرص العسل من فعالية التحويل من الضوء إلى الحرارة، وتوفر الطبقات البينية للهيكل ثنائي الأبعاد العديد من المسارات لإنتاج المياه بسرعة.
إعادة تدوير
يمكن أن تؤدي إعادة تدوير وإعادة استخدام النفايات العضوية وتحويلها إلى مواد ذات قيمة مضافة، مثل الكربون، إلى تقليل الآثار السلبية لتلوث النفايات مع خفض تكلفة مواد MXene أو الجرافيت وتعدين موارد الكربون الطبيعية،نتيجة لذلك، سيكسب كل من الاقتصاد والبيئة بشكل كبير.
التحدي الرئيسي هو العثور على مواد مناسبة لالتقاط صور شمسية صديقة للبيئة وأكثر كفاءة، عادة، يتم خلط الشوائب غير العضوية مع النفايات العضوية، نتيجة لذلك، لا يوجد سوى عدد قليل من المواد النقية التي يمكن إنتاجها باستخدام التقنيات الحالية. سيتطلب فرز أنواع النفايات المختلفة عملاً إضافيًا ، مثل استخدام التعلم الآلي والذكاء الاصطناعي معًا لتحسين جودة عملية إدارة النفايات.
من المعروف أن بطاريات Li-ion التجارية، التي تُستخدم في كل شيء من الهواتف الذكية إلى السيارات الكهربائية، مصنوعة من الجرافيت كمكون رئيسي، MXenes ، وهي موصلة بشكل طبيعي مثل الجرافيت ولها هيكل ثنائي الأبعاد، مفيدة لتخزين الشحنات في البطاريات، ويمكن استخدامها قريبًا في تصنيع البطاريات، لذلك فإن مادة MXene المصنوعة من نفايات الفاكهة لها استخدامات محتملة تتجاوز تنقية المياه.
