27 اردیبهشت 1404 ساعت 16:27
این دستگاه تصفیه آب خورشیدی، برخلاف محدودیت‌های روش‌های قدیمی پس از غروب آفتاب نیز به فعالیت خود ادامه داده و به مراقبت کمی نیاز دارد.
دانشمندان آمریکایی در دانشگاه رایس تگزاس با طراحی یک سیستم تصفیه آب خورشیدی، راه‌حلی نوآورانه برای بحران جهانی آب آشامیدنی ارائه داده‌اند.
تصفیه آب با انرژی خورشیدی حتی پس از غروب آفتاب!
این دستگاه که STREED نام دارد، با استفاده از روشی منحصربه‌فرد برای بازیافت حرارت و الهام از فیزیک رزونانس می‌تواند به‌صورت شبانه‌روزی و حتی پس از غروب آفتاب بدون نیاز به فیلتر، باتری یا ذخیره‌سازی خارجی، آب آشامیدنی تولید کند.
این فناوری جدید برخلاف سیستم‌های نمک‌زدایی سنتی که به زیرساخت‌های متمرکز و غشاهای آسیب‌پذیر وابسته‌اند، راه‌کاری بادوام، غیرمتمرکز و با نیاز به نگهداری اندک ارائه می‌دهد. به گفت تیم تحقیقاتی این سیستم به لطف استفاده هوشمندانه از پدیده رزونانس، عملکرد مطلوب خود را پس از غروب آفتاب یا در شرایط ابری نیز حفظ می‌کند و می‌تواند انقلابی در دسترسی به آب پاک ایجاد نماید.
چالش‌های سیستم‌های تصفیه آب سنتی و نیاز به راه‌حلی نوین
نمک‌زدایی، فرآیند حذف نمک‌های معدنی محلول در آب مانند کربنات کلسیم، سولفات کلسیم و کلرید سدیم (نمک طعام) در بسیاری از مناطق ساحلی جهان به امری حیاتی بدل شده است. این امر پژوهشگران را به سوی یافتن راه‌حل‌های هوشمندتر و پایدارتر سوق داده است.
با این حال اکثر سیستم‌های موجود بر پایه اسمز معکوس (RO) آب دریا عمل می‌کنند که فرآیندی بسیار انرژی‌بر است و در مواجهه با آب‌های بسیار شور با چالش روبرو می‌شود. علاوه بر این غشاهای اسمز معکوس به‌شدت در معرض گرفتگی و تخریب قرار دارند که نگهداری از آن‌ها را به‌ویژه در محیط‌های دورافتاده پرهزینه و دشوار می‌سازد.
معرفی STREED؛ راه‌حلی انقلابی و بدون نیاز به غشا
در تلاش برای غلبه بر این چالش‌ها، تیم تحقیقاتی دانشگاه رایس طرحی را ابداع کرده‌اند که غشاها را به‌طور کامل حذف و آن‌ها را با یک ساختار ساده دوکاناله جایگزین می‌کند. به گفت دانشمندان در حالی که کانال اول حاوی آب شور گرم شده است، در کانال دوم هوا جریان دارد.
سپس با گرم شدن و تبخیر آب، بخار به کانال هوا منتقل شده و در آنجا به آب پاک تبدیل می‌شود و نمک‌ها و آلاینده‌ها را پشت سر می‌گذارد. این مکانیزم سیستم را بسیار مقاوم و با نیاز به نگهداری پایین می‌سازد.
به گفته ویلیام اشمید دانشجوی دکترای مهندسی برق و کامپیوتر در دانشگاه رایس و نویسند اصلی این پژوهش، دسترسی به آب شیرین تصفیه شده چالشی به‌ویژه دشوار در جوامع خارج از شبکه است. ما می‌خواستیم بر روی سیستم‌های نمک‌زدایی غیرمتمرکز و ماژولار تمرکز کنیم.
پیشرفت خورشیدی هوشمند با الهام از رزونانس
نکته کلیدی و نوآوری اصلی سیستم STREED در شیوه جذب و استفاده مجدد از انرژی حرارتی نهفته است. پژوهشگران با الهام‌گیری از مفهوم «تبادل انرژی رزونانسی» – پدیده‌ای که در مدارهای الکتریکی و حرکت آونگ‌ها مشاهده می‌شود – این سیستم را به‌گونه‌ای طراحی کرده‌اند که نوسانی مشابه اما این بار با انرژی حرارتی ایجاد کند.
در این فرآیند انرژی حرارتی به‌طور پیوسته بین جریان آب شور گرم و جریان هوای خنک‌تر که در جهت مخالف حرکت می‌کند، مبادله می‌شود. زمانی که این تبادل حرارت تحت شرایط مناسب تنظیم گردد، بازدهی آن به شدت افزایش یافته و سیستم قادر خواهد بود انرژی حرارتی را بدون نیاز به باتری‌های خارجی یا سایر واحدهای ذخیره‌سازی، در خود نگه داشته و مجددا مورد استفاده قرار دهد. همین مکانیزم هوشمندانه است که به دستگاه STREED اجازه می‌دهد حتی پس از غروب خورشید و قطع تابش مستقیم، به تصفیه آب ادامه دهد.
اشمید تاکید کرد که نوآوری کلیدی ما استفاده از بینش‌های مهندسی برق و فیزیک نوسانگرها برای تنظیم نرخ جریان داخلی سیستم به‌منظور تطابق با تغییرات توان خورشید در طول روز است. وی افزود که این نوع کنترل جریان وابسته به انرژی خورشیدی پیش از این اجرا نشده بود.
عملکرد و پتانسیل امیدوارکننده
آزمایش‌های انجام‌شده بر روی نمونه اولیه دستگاه STREED در سن مارکوس تگزاس نشان داده که این سیستم قادر است در هر ساعت تا ۰.۷۵ لیتر آب آشامیدنی تولید کند. همچنین نتایج شبیه‌سازی‌های کامپیوتری در شهرهایی با شرایط آب و هوایی متفاوت مانند پورتلند و آلبوکرکی حاکی از بهبود ۷۷ درصدی در بازدهی بازیابی آب توسط سیستم STREED در مقایسه با سیستم‌های ایستا و معمولی بوده است.
علاوه بر این نکته قابل توجه دیگر، عملکرد مطلوب این فناوری حتی در محیط‌هایی با تابش نور خورشید کمتر است. این موضوع ثابت می‌کند که کارایی سیستم STREED برای عملکرد مؤثر به تابش شدید و مستقیم نور خورشید وابسته نیست و می‌تواند در طیف وسیع‌تری از شرایط محیطی مورد استفاده قرار گیرد.
این اختراع با ویژگی‌هایی چون قابلیت کارکرد شبانه‌روزی، عدم نیاز به زیرساخت‌های پیچیده و پرهزینه و سهولت در نگهداری امیدی تازه برای مقابله با بحران جهانی کمبود آب شیرین به‌ویژه برای جوامع دورافتاده و محروم از شبکه برق به ارمغان آورده است. سیستم STREED بدون شک گامی مهم و تأثیرگذار به سوی آینده‌ای پایدارتر در عرصه تصفیه آب و تأمین آب آشامیدنی سالم و مطمئن برای همگان به شمار می‌رود.
source