ساخت پربازده‌ ترین دستگاه تصفیه آب خورشیدی دنیا

برخی از برنامه‌های تلویزیونی بقا در طبیعت نشان می‌دهند که افرادی همانند بیر گریلز از پلاستیک و نور خورشید، برای تصفیه‌ی آب کثیف به آب قابل آشامیدن استفاده می‌کنند.

محققان در حال حاضر کاغذ آغشته به کربن را به این تصفیه‌کننده اضافه کرده‌اند و این کار می‌تواند راه مؤثری برای افزایش کارایی تصفیه‌کننده و جدا کردن نمک و دیگر املاح آب غیر تصفیه‌شده باشد و آب را برای آشامیدن آماده کند. این ایده که در تاریخ ۳۰ ژانویه‌ی سال ۲۰۱۷ در ژورنال Global Challenges مطرح شد، می‌تواند به رفع کمبود آب آشامیدنی در مناطق مختلف دنیا، به خصوص در مناطقی که دچار حوادث طبیعی مثل سیل و زلزله شده‌اند یا مناطق درحال‌توسعه کمک زیادی کند.

کیاکینگ گان، استادیار مهندسی برق در دانشکده‌ی مهندسی و علوم کاربردی بوفالو، سرپرست گروه تحقیقات این مطالعه بود. او می‌گوید راهکار آن‌ها از مواد ارزان‌قیمت استفاده می‌کند و باعث استفاده‌ی حداکثری از انرژی خورشید می‌شود؛ در عین حال، میزان گرمای ازدست‌رفته به حداقل خود می‌رسد.

این گروه یک نمونه در ابعاد کوچک برای تحقیق ساختند و نام آن را «مولد بخار خورشیدی» گذاشتند. این وسیله از گرمای خورشید استفاده می‌کند تا آب را تمیز یا نمک آن را جدا کند. این فرایند در سه مرحله صورت می‌پذیرد:

• آب به‌وسیله گرمای خورشید تبخیر می‌شود.
• هنگامی‌که تبخیر صورت می‌گیرد، باکتری، نمک و دیگر اجزای ناخواسته در ظرف باقی می‌مانند.
• هنگامی‌که بخار سرد و به مایع تبدیل شد، در ظرف دیگری ذخیره می‌شود.

 هامین سانگ، دانشجوی دکترا در دانشگاه بوفالو و یکی از اعضای این گروه تحقیقاتی، می‌گوید اگرچه مردمی که از آب آشامیدنی بی‌بهره هستند، سال‌ها است از خورشید برای تصفیه‌ی آب استفاده می‌کنند؛ وسیله‌هایی که برای تصفیه‌ی خورشیدی در اختیار دارند، ناکارآمد هستند. این دستگاه‌ها در مرحله‌ی تبخیر در مخازن بزرگ، گرمای بسیاری از دست می‌دهند. بیشتر سیستم‌های تبخیر از متمرکزکننده‌های نوری (همانند عدسی یا آینه) استفاده می‌کنند تا نور خورشید را متمرکز کنند؛ هرچند این موضوع هزینه‌بر است.

دستگاه تصفیه‌ی آبی که این گروه تحقیقاتی توسعه داده‌اند، در ابعاد یک یخچال کوچک است. این خنک‌کننده از فوم پلی استایرن و کاغذ پر منفذ آغشته به کربن سیاه ساخته‌ شده است. فوم پلی استایرن یک نوع پلاستیک رایج است که به‌عنوان عایق حرارتی استفاده می‌شود. کاغذ آب را جذب می‌کند؛ درحالی‌که کربن سیاه انرژی خورشید را جذب و به گرما تبدیل می‌کند و این گرما برای مرحله‌ی تبخیر مورد نیاز است.

این روش برای تبدیل آب به بخار بسیار کارآمد است. گروه تحقیقاتی باور دارد که فقط ۱۲ درصد از انرژی در مرحله‌ی تبخیر هدر می‌رود و این موضوع بی‌سابقه است. میزان کم انرژی ازدست‌رفته به این دلیل است که این وسیله سطح آب را در دمای ۴۴ درجه‌ی سلسیوس به بخار تبدیل می‌کند.

بیشتر تصفیه‌کننده‌های صنعتی حال حاضر و در همین ابعاد، روزانه بین ۱ تا ۵ لیتر آب تصفیه‌شده تولید می‌کنند. محققان باور دارند که روش جدید تقطیر آن‌ها می‌تواند بین ۳ تا ۱۰ لیتر آب تصفیه‌شده تولید کند که پیشرفت بزرگی است.

دستگاه‌هایی که از متمرکزکننده‌های نوری استفاده می‌کنند، حدود ۲۰۰ دلار در هر مترمربع قیمت دارند. مواد استفاده‌شده در سیستم تقطیر خورشیدی جدید، در نهایت ۱.۶ دلار به ازای هر مترمربع قیمت دارد که اگر مواد به‌صورت عمده خریداری شوند، این قیمت کمتر خواهد شد. اگر این وسیله به مرحله‌ی تجاری‌سازی برسد، قیمت تمام‌شده‌ی آن می‌تواند کاهش یابد. انجمن اقتصاد جهانی تخمین زده است که ارتقاء زیرساخت‌های تأمین آب آشامیدنی در سراسر دنیا بین سال‌های ۲۰۱۰ تا ۲۰۳۰ حدودا ۲۶ تریلیون دلار هزینه در بر خواهد داشت.

ژِجِن لو، دانشجوی دانشگاه فودان و یکی از اعضای این گروه تحقیقاتی، معتقد است تقطیرکننده‌ خورشیدی در حال‌ توسعه توسط این گروه، برای جوامع کوچک مناسب است. این دستگاه به مردم اجازه می‌دهد آب آشامیدنی خود را به‌ وسیله‌ی پنل‌های خورشیدی روی سقف منازل خود تولید کنند؛ دقیقا همان‌طوری که برق خود را تأمین می‌کنند.