جيل جديد لجمع المياه من الهواء.. آلة محمولة تعمل بالطاقة الشمسية توفر المياه النظيفة في أي مكان

استخدم هذا الجهاز المائي في الغلاف الجوي مادة فائقة المسامية تُعرف باسم الإطار المعدني العضوي (MOF) لاستخراج المياه بشكل متكرر في أكثر الأماكن سخونة وجفافًا في أمريكا الشمالية، حديقة وادي الموت الوطنية.

أظهرت هذه الاختبارات أن الجهاز يمكنه توفير المياه النظيفة في أي مكان، ومعالجة مشكلة ملحة ، حيث يؤدي تغير المناخ إلى تفاقم ظروف الجفاف.

قال عمر ياجي، أستاذ الكيمياء في بيركلي الذي اخترع الأطر العضوية المعدنية، ويقود هذه الدراسة: “يعيش ما يقرب من ثلث سكان العالم في مناطق تعاني من الإجهاد المائي، وتتوقع الأمم المتحدة في عام 2050 أن يعاني ما يقرب من 5 مليارات شخص على كوكبنا من نوع من الإجهاد المائي لجزء كبير من العام”،”هذا وثيق الصلة بتسخير مصدر جديد للمياه”.

أداة قوية بشكل استثنائي لمعالجة قضايا ندرة المياه

لا يمكن أن تعمل أنواع أخرى من المواد مثل الهلاميات المائية أو الزيوليت أو الأملاح في ظروف منخفضة الرطوبة، وبطريقة موفرة للطاقة وبسعة عالية في آن واحد، يمكن للحصادات أن تجعلها أداة قوية بشكل استثنائي لمعالجة قضايا ندرة المياه المتعلقة بأي شيء من مياه الشرب إلى الزراعة.

يمكن أيضًا استخدام هذه التقنية لتأمين المياه النقية في المناطق التي تكون فيها المياه وفيرة ولكنها غير نظيفة.

توضح الدراسة إحدى الطرق التي يمكن أن تساعد بها الأطر العضوية المعدنية المصممة خصيصًا المجتمع على مكافحة تغير المناخ والتكيف معه . يستخدم الخبراء في كلية الحوسبة وعلوم البيانات ومعهد باكار للمواد الرقمية للكوكب (BIDMaP) التابع للمجتمع علوم البيانات والتعلم الآلي لتسريع تصميم هذه الجزيئات والمواد والأجهزة وتوسيع نطاقها.

“ما نقوم به في BIDMaP هو إنشاء ما أسميه” دورة الابتكار الرقمي “لربط الجزيء والمادة وكيفية تكوين المادة وتناسبها مع الجهاز بما في ذلك التصميم الفعلي للجهاز وكفاءته وأدائه” ، قال. ياغي ، المدير المشارك وكبير العلماء في BIDMaP. “كل هذه العناصر متصلة ، ويجب تحسين كل جزء للحصول على أعلى أداء.”

حصاد المياه والإنتاجية

اختبر باحثو بيركلي الجهاز في بيركلي بولاية كاليفورنيا ومنتزه ديث فالي الوطني في كاليفورنيا. استخرجت المياه التي تعمل بالطاقة من وزارة المالية بشكل متكرر في كلا الموقعين ، على الرغم من ظروف الرطوبة المنخفضة للغاية ودرجات الحرارة اليومية واسعة النطاق في وادي الموت.

كما أنه فعال للغاية في حصاد المياه ، حيث يطلق كمياه للشرب 85 إلى 90 في المائة من المياه التي يلتقطها كبخار في الغلاف الجوي. حصد ما يصل إلى 285 جرامًا من الماء لكل كيلوغرام من الهيكل المعدني العضوي في اليوم ، أي ما يعادل كوب ماء. يمكن أن يستمر الإطار المعدني العضوي في العمل لعدة دورات على مدار سنوات عديدة دون تجديده أو تعديله. في نهاية عمرها الافتراضي، يمكن تفكيك الأطر العضوية المعدنية وإعادة تجميعها في الماء بدون تصريف وبطريقة مستدامة.

تشغيله بالكامل بواسطة ضوء الشمس المحيط

كان فريق الخبراء الذي طور الإطار المعدني والجهاز متحمسون لما يعنيه هذا بالنسبة للبيئ، تتمثل إحدى الميزات التي تميزه عن تقنيات توليد المياه النظيفة الأخرى في أنه يتم تشغيله بالكامل بواسطة ضوء الشمس المحيط، ولا يتطلب تشغيل مصادر طاقة إضافية، هذا يعني أن تشغيله لا ينتج عنه أي انبعاثات تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الكوكب.

كما أنها أصغر من ماكينة الحصاد السابقة التي تعمل بـ MOF ويمكن وضعها في حقيبة يد، على الرغم من تغيير الحجم، فإن الجهاز أكثر كفاءة في استخدام الطاقة، حيث تنتج الماكينة 200 جرام من الماء النظيف لكل متر مربع من بخار الماء، أي أكثر من ثلاثة أضعاف معدل إنتاجية الماء لتكرار سابق قام به فريق ياجي للحصاد الذي يعمل بوزارة المالية.

تطورات أخرى في الكفاءة والحجم

من المحتمل أن تكون هناك تطورات أخرى في الكفاءة والحجم والنطاق لهذا النموذج الأولي المبكر.

قال ياجي،  إنه يمكن أن يرى يومًا ما اعتمادًا واسع النطاق لحصادات المياه المنزلية التي تعمل بوزارة المالية، وحصادات المياه على نطاق المجتمع، بمساعدة علم البيانات والتعلم الآلي، يمكن أن تكون في المطابخ أو حتى بجوار مكيفات الهواء لتزويد المنازل بالمياه النظيفة للطهي والتنظيف، مضيفا أن بعض الشركات تعمل بالفعل على هذا، و”إنه يمنح الأفراد الاستقلال المائي”.

مؤلفو الدراسة ، “حاصد المياه MOF ينتج الماء من هواء صحراء وادي الموت في ضوء الشمس المحيط” هم Woochul Song و Zhiling Zheng و Ali Alawadhi و Yaghi، وهم ينتمون إلى قسم الكيمياء في بيركلي ، ومعهد Kavli Energy NanoScience و BIDMaP.