استفاده از گرافن و نور خورشید برای تولید آب آشامیدنی

گروهی از دانشمندان در ایالات متحده پی برده‌اند که قرار دادن ورق‌های بیوفوم ساخته شده بر پایه‌ی گرافن،  در قسمت بالایی مجموعه‌ی کثیف و یا شور آب می‌تواند آن را خالص کرده و به آب سالم و قابل آشامیدن تبدیل کند.

 این فرایند که می‌توان از آن به عنوان تازه‌ترین نمونه‌ی عالی از مجموعه‌ی قابلیت‌های گوناگون ماده‌ی گرافن نام برد، دارای پتانسیل بسیار زیادی به عنوان یک روش ارزان در میان روش‌های تصفیه‌ی آب بدون نیاز به برق برای کشورهای در حال توسعه به شمار می‌رود.

 این ورق بیوفوم دو لایه بر پایه‌ی کشش آب از قسمت پایین‌تر و سپس فراهم ساختن زمینه‌ی تبخیر آن در لایه‌ی بالایی کار می‌کند. روند اخیر در ادامه به آزاد شدن آب شیرین به صورت چگالش شده در قسمت بالا و ماندن ذرات و نمک‌ها درون فوم منتهی می‌شود. یکی از محققان فعال در این طرح، سرکانث سینگاماننی (Srikanth Singamaneni) از دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس درباره‌ی فرایند ارایه شده گفته است:

 این فرایند بسیار ساده است. تمام مراحل کار در یک مرحله‌ی کوتاه اتفاق می‌افتد.

 ما امیدواریم که این روش برای کشورهایی که در آن نور خورشید به مقدار کافی وجود دارد، همانند هند کارساز باشد. شما قادر خواهید بود تا برخی آب کثیف را برای انجام فرایند فوق بردارید و آن را با استفاده از ماده‌ی ارایه‌ شده‌ی ما تبخیر کنید و در ادامه بتوانید آب شیرین حاصل از فرایند را جمع‌آوری کنید.

 گرافن در لایه‌ی بالایی به شکل اکسید گرافن وجود دارد. خواص مواد در این لایه باعث می‌شود تا گرمای خورشید به نوعی به دام افتاده و این گرما به لایه یا آب زیرین نشت نکند و به این ترتیب بهره‌وری کل فرآیند به حداکثر می‌رسد.

 لایه‌های پایین تر از یک ترکیب آلی به نام سلولز پریستین ساخته شده‌اند و توسط باکتری‌های کشت شده‌ای تولید می‌شوند که وظیفه‌ی انتقال آب به سمت بالا را نیز به عهده دارند. از سویی نیز هر دو بخش بیوفوم با دقت و به طور متعادل قرار داده می‌شوند تا مکمل یکدیگر باشند.

 روند استفاده شده برای ساخت این ورق‌ها نیز در نوع خود منحصر به فرد است: هنگامی که باکتری‌ها به منظور تشکیل سلولز پرورش داده می‌شوند، تکه‌های اکسید گرافن برای نیمی از فرآیند اضافه می‌شوند و با این کار لایه بالایی را تشکیل می‌دهند. محققان این رویداد را به روشی تشبیه کرده‌اند که در آن صدف باعث تشکیل یک قطعه مروارید می‌شود.

 بیوفوم تولید شده در پایان فرایند سبک است و روند کلی تولید هم گران نیست و همین امر باعث می‌شود تا برای مکان‌های دورافتاده و روستایی بدون دسترسی به سیستم‌های تصفیه آب جایگزین نیز مناسب باشد. سینگاماننی همچنین گفته است:

هر دو ماده‌ای که در این روند به کار رفته‌اند، بسیار مقیاس‌پذیر هستند. بنابراین می‌توان تصور کرد که ورق‌های عظیمی از بیوفوم را نیز خواهیم ساخت.

 گفتنی است، این تنها پروژه‌ی انجام شده در جهت توسعه‌ی سیستم‌هایی برای مهار توان خورشید به منظور ایجاد یک سیستم فیلترینگ قابل حمل نیست. سال گذشته یک تیم پژوهشی از MIT به خاطر ایجاد یک سیستم انرژی خورشیدی که می‌توانست بر روی یک تریلر منتقل شود، موفق به کسب یک جایزه‌ی معتبر شدند.

 در سیستم ارایه شده از سوی آن گروه، پانل‌های فتوولتائیک را برای شارژ باتری و تامین توان دستگاه الکترودیالیز مورد استفاده قرار گرفتند. این در حالی است که ورق بیوفوم توسعه یافته توسط تیم دانشگاه واشنگتن نیاز به هیچ الکتریسیته‌ای در طول فرایند ندارد.

 در همین حال، یک فرایند نیز به تازگی در مصر توسعه یافته است که از چرخه‌ی تبخیر به منظور تمیز کردن آب شور و یا کثیف استفاده می‌کند. یک روش شیرین‌سازی آب که به نام پیش‌تبخیر یا pervaporation شناخته شده است، توسط محققان دانشگاه اسکندریه مورد استفاده قرار گرفت که به موجب آن غشاهای مصنوعی می‌توانستند باعث به دام افتادن ناخالصی‌های موجود در آب و مقدار زیادی از ذرات نمک شوند.

 در حالی که ما هنوز در مراحل اولیه‌ی این طرح‌‌ها قرار داریم، اما به هر جال همه‌ی این پروژه‌ها ما را به این امر امیدوار می‌کنند که یک تغییر اساسی در فناوری تصفیه‌ی آب و میزان مقرون به صرفه بودن و در دسترس بودن آن برای مناطق مختلف در حال روی دادن است. مسلما هر حرکتی در این مسیر از اهمیت زیادی برخوردار خواهد بود، زیرا هم اکنون از هر ۱۰ نفر روی این سیاره ۱ نفر از دسترسی به آب آشامیدنی سالم محروم است.

 این یافته‌ها در ژورنال ادونسد متریالز (Advanced Materials) منتشر شده است.