5 دقیقه
نور خورشید، داربستی از زنجیره های پلیمری و شبکه ای اسفنجی از نانوکره ها، در کنار هم آب دریا را بدون اتصال به شبکه برق به آب آشامیدنی تبدیل کردند. این ترفند معجزه نیست؛ مهندسی مواد است که در قالب یک جنگل بسیار کوچک ظاهر شده است.
دستگاه های سنتی نمک زدایی آب دریا برق زیادی مصرف می کنند. اسمز معکوس، فناوری اصلی این حوزه، آب دریا را با پمپ های قدرتمند از میان غشاها عبور می دهد. آب پاک تولید می شود، اما آیا همیشه ارزان است؟ نه لزوما. تبخیر خورشیدی مدت هاست به عنوان جایگزینی کم مصرف مطرح شده، اما پودرهایی که نور را جذب می کنند معمولا در آب به هم می چسبند، مسیر خروج بخار را می بندند و بازدهی را کاهش می دهند.
پژوهشگران آکادمی علوم چین و دانشگاه شنژن با ساخت یک معماری فوتوترمال سه بعدی که آن را «نانو جنگل» می نامند، این مشکل را دور زدند. نانوکره های چندپوسته توخالی نقش برگ هایی را دارند که نور را به دام می اندازند. تیم پژوهشی به جای آنکه اجازه دهد این ذرات جاذب نور در آب شناور بمانند و به هم بچسبند، آن ها را با زنجیره های پلیمری بادوام از جنس پلی اتیلن ترفتالات (PET) به هم دوخت و هر نانوپوسته را مانند تاک هایی که به دور تنه درخت می پیچند، در جای خود قفل کرد.
آن ها برای هدایت نحوه اتصال پلیمرها از نظریه پارامتر حلالیت هانسن استفاده کردند و پیوندی مولکولی و محکم میان پلیمر و ذره ساختند. در فرایند ساخت، رشته های پلیمری با دقت از میان منافذ میکروسکوپی پوسته ها عبور داده می شوند و سپس سرد می شوند تا کل شبکه به صورت یک ماتریس پایدار و متخلخل به هم قفل شود. نتیجه، یک توری سه بعدی منسجم است که هم تابش ورودی را جذب می کند و هم اجازه می دهد آب آزادانه به سطح تبخیر برسد.
دستاورد این روش چشمگیر است. این ماده به نرخ تبخیر ۳۸.۱۴ کیلوگرم در هر متر مربع در ساعت می رسد؛ رقمی حدود ۸.۵ برابر بیشتر از سامانه های غشایی دوبعدی استاندارد. همچنین ۹۰.۲ درصد نور خورشید ورودی را به دام می اندازد و از آنجا که اثرات محصورشدگی، موانع انرژی را در مقیاس نانو تغییر می دهند، کار فیزیکی لازم برای تبدیل مایع به بخار کاهش می یابد. در نتیجه، انرژی خالص مورد نیاز برای تبخیر حدود ۴۵.۷ درصد کمتر می شود.
در آزمایش های کاربردی، تیم پژوهشی یک نمونه اولیه ۰.۷۵ متر مربعی ساخت. تقریبا هیچ ماشین آلات پیچیده ای در کار نبود: یک پنل خورشیدی کوچک، انرژی یک فن را تامین می کرد تا بخار را به آرامی به درون جعبه چگالنده هدایت کند. این واحد در نور طبیعی خورشید، به طور پیوسته روزانه بیش از ۲۰ لیتر آب آشامیدنی پاک تولید کرد؛ مقداری کافی برای حدود ده نفر. کیفیت آب نیز بدون نیاز به تصفیه اضافی با استانداردهای سازمان جهانی بهداشت مطابقت داشت.
آن ها به آزمایش در بطری های آزمایشگاهی بسنده نکردند. آب شیرین سازی شده برای آبیاری یک زمین کوچک استفاده شد و اسفناج، ذرت و کلم بوک چوی بدون مشکل یک چرخه کامل رشد را پشت سر گذاشتند. این موضوع نشان داد که فناوری یادشده فقط برای تامین آب شرب نیست، بلکه از نظر کشاورزی نیز قابلیت استفاده دارد.
برآورد پژوهشگران نشان می دهد پس از دو سال کارکرد، هزینه آب تولیدی این دستگاه خورشیدی خارج از شبکه می تواند کمتر از آب بسته بندی تجاری باشد.
جزئیات کامل آزمایش ها در نشریه Advanced Materials در دسترس ناشران و متخصصان قرار دارد، اما پیامد گسترده تر این دستاورد از همین حالا روشن است: با ریزمعماری های هوشمند و پلیمرهای ارزان قیمت، نمک زدایی خورشیدی می تواند از گلوگاه های قدیمی عبور کند. این رویکرد با کنار هم چیدن ماژول ها مقیاس پذیر است و برای جوامع ساحلی یا جزیره ای که به برق پایدار دسترسی ندارند، مسیری به سوی آب پاک فراهم می کند؛ مسیری که در بهره برداری ساده و در طراحی بسیار پیشرفته است.
البته هنوز پرسش هایی باقی است؛ دوام در شرایط سخت دریایی، گرفتگی و رسوب در طول چند فصل و هزینه های تولید انبوه. با این حال، نانو جنگل نشان می دهد چگونه بازاندیشی ساختاری در مقیاس نانو می تواند یک مسئله جهانی را دگرگون کند. چه کسی نخستین ردیف ها را خواهد کاشت؟
منبع: smarti
نظرات
پمپزون
من تو یه پروژه مشابه کار کرده بودم، مقیاس پذیری و گرفتگی کلی دردسره، با این حال ایده ها جالبن، اگه ارزون بشه عالی میشه
مکبایت
واقعاً این اعداد تو آزمایشگاه و تو دریا فرق میکنن، میشه بگن با خوردگی و رسوب چند فصل چیکار میکنن؟
لبکور
وااای این نانو جنگل واقعاً جذابه! انگار معجزه نیست، ولی دلم خنک شد... اگه مقاوم بمونه، جزیره ها رو نجات میده
ارسال نظر