تنقية المياه المالحة من محطات تزيد نسبة الملوحة فيها عن 10% بالتقطير الشمسي

يمكن لجهاز التقطير الشمسي تنقية المياه المالحة من محطات التناضح العكسي التي تزيد نسبة الملوحة فيها عن 10%، وكذلك المياه المأخوذة مباشرة من البحر الأحمر، توفر هذه التقنية ضعف معدل إنتاج المياه العذبة من المقطرات الشمسية الحالية لرفض الملح.

استوحى البروفيسور Qiaoqiang Gan من جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية من الطاقة الشمسية العائمة في فيلم “The Life of Pi” ، وقد طور العديد من عمليات المواد النانوية، والعزل الحراري لتعزيز تبخر المياه المالحة إلى بخار نقي. 
في عام 2016 ، أطلق شركة ناشئة، Sunny Clean Water ، التي تنتج صورًا ثابتة قابلة للنفخ منخفضة التكلفة قادرة على توليد 10-20 لترًا من المياه العذبة يوميًا.

في عام 2021، انضم غان إلى جامعة الملك عبدالله وتعاون مع زميله يو هان، والباحث كايجي يانغ لتحسين كفاءة رفض الملح، وهي استراتيجية تستخدم تقنيات مثل الأسطح المقاومة للماء أو الحمل الحراري للحد من تراكم المعادن.

المبخر الجديد للفريق عبارة عن مكعب بلاستيكي بمقياس السنتيمتر يحتوي على عدة أغشية من الألياف الزجاجية – مواد رقيقة تستخدم عادة للترشيح، يعمل الغشاء المحاذي أفقيًا والمغطى بأنابيب الكربون النانوية كطبقة تمتص الضوء على السطح العلوي للمكعب، تحتها ، تقوم سلسلة من الأغشية ذات الاتجاه الرأسي، أو “جسور النقل الجماعي” ، بفصل ممتص الطاقة الشمسية عن المياه المالحة السائبة.

عندما يتعلق الأمر بتنقية مياه البحر، يعترف جان بأنه حتى أجهزته لها حدود، “بمرور الوقت ، سترى دائمًا تراكم الملح على مادة امتصاص الطاقة الشمسية – يعكس الملح المتراكم ضوء الشمس ويؤدي إلى تدهور أداء الثبات”.

يوضح يانج، الذي صمم التصميم، أن الجسور تحتوي على قنوات صغيرة محبة للماء تمتص مياه البحر إلى الطبقة الشمسية العلوية لتقطيرها إلى بخار. وعندما يصل تراكم الملح إلى عتبة، فإن نفس القنوات الدقيقة تنقل المحلول الملحي مرة أخرى إلى مياه البحر بسبب العمل الشعري لتدرجات التركيز.

تسمح الجسور المرتفعة للحرارة الموصلة التي تحدث أثناء تدفق الملح العكسي بالتدفق إلى الطاقة الشمسية، مما يحسن كفاءة التبخر.

يقول يانج: “يمكن للمبخرات الأخرى أن تدرك رفضًا جيدًا للملح، ولكن مع عملية تدفق عكسي قصير، هناك الكثير من فقدان الطاقة الحرارية ويؤثر على معدلات توليد المياه”، “يتمتع نظامنا بميزة أنه يمكنه ضبط المفاضلة بين رفض الملح وتوليد المياه.”

كشفت الاختبارات في كل من المعامل الداخلية والمحطات الميدانية الخارجية، أن الطاقة الشمسية لا تزال قادرة على تلبية احتياجات الشرب لشخصين يوميًا، بتكاليف تقديرية للمواد الخام تبلغ 50 دولارًا أمريكيًا لكل متر مربع.

يقول هان: “يمكننا الارتقاء إلى مستوى معماري أكبر من خلال تجميع المكعبات معًا”، “نظرًا لأن هذا الجهاز يوفر تشغيلًا طويل الأمد دون أي صيانة، فإننا نستعد للتسويق.”