ابتكر مهندسون من معهد ماساشوستس للتكنولوجيا جهازا جديدا يجمع مياه الشرب من الهواء دون حاجة لأي مصدر طاقة، حتى في أشد البيئات جفافا، وفقا للدراسة التي نشرت يوم 11 يونيو في مجلة “نيتشر ووتر”.
حاليا، يعاني 2.2 مليار شخص في العالم من عدم الوصول إلى مياه شرب آمنة، وبينما تزداد الضغوط على الموارد التقليدية مثل الأنهار والبحيرات والسدود، يعتقد الباحثون أن الجهاز المقترح قادر على استخراج المياه من بخار الماء الموجود في الغلاف الجوي، بكفاءة عالية، وبدون الحاجة إلى أي مصدر للطاقة.
جهاز يعمل دون كهرباء
يشرح المؤلف الرئيسي للدراسة “شوانهي جاو” – أستاذ في الهندسة الميكانيكية والبيئية في المعهد، أن الجهاز يشبه لوح نافذة عمودي بحجم متوسط، مغطى بمادة هيدروجيل سوداء تمتص بخار الماء من الهواء، ومغلف بحجرة زجاجية مطلية بطبقة تبريد خاصة.
تبدو مادة الهيدروجيل كأنها غلاف فقاعات أسود، تتضخم بفعل امتصاص الرطوبة ثم تنكمش لاحقا في حركة شبيهة بفن الأوريجامي. يتم بعد ذلك تبخير المياه داخل الجهاز وتكثيفها على الزجاج، لتتدفق إلى أنبوب خارجي مياهاً صالحة للشرب.
,يوضح “جاو” في تصريحات لـ”الجزيرة.نت”، أن ما يميز هذا الجهاز هو استقلاله الكامل عن مصادر الطاقة؛ فهو لا يحتاج إلى بطاريات، أو ألواح شمسية، أو كهرباء من الشبكة.
ويضيف “كما أثبت الجهاز كفاءته في تجربة ميدانية في وادي الموت بولاية كاليفورنيا، وهو أكثر المناطق جفافا في أميركا الشمالية. حتى في ظروف الرطوبة المنخفضة، تمكن الجهاز من إنتاج ما يصل إلى 160 مليلترا من مياه الشرب يوميا، أي ما يعادل نحو ثلثي كوب ماء”.
ويوضح “جاو”: “لقد صممنا جهازا بحجم متر مربع نأمل أن يستخدم في المناطق التي تفتقر إلى الموارد، حتى تلك التي لا تتوفر فيها ألواح شمسية. إنه دليل على أن التقنية يمكن تطويرها لتلبي احتياجات منزلية حقيقية في المستقبل” ويضيف أن نشر مجموعة من هذه الألواح في شكل شبكة رأسية يمكن أن يوفر مياه شرب كافية لعائلة، حتى في المناطق الصحراوية القاحلة. كما أن كفاءة الجهاز ترتفع مع زيادة الرطوبة، مما يجعله أكثر فاعلية في المناطق المدارية والمعتدلة.
ابتكار علمي في التصميم والمواد
يعتمد الجهاز على هيدروجيل عالي الامتصاص، وهي مادة لينة ومسامية تتكون أساسا من الماء وشبكة من الألياف البوليمرية. وخلافا للأنظمة الأخرى التي تستخدم مواد هياكل عضوية معدنية تفتقر إلى المرونة، فإن الهيدروجيل في هذا الابتكار يتمدد عند امتصاص الماء، مما يضاعف قدرته على الاحتفاظ بالبخار.
لكن التحدي الأكبر الذي واجه الباحثين، كان في تقليل ملوحة الماء المستخرج، إذ إن بعض التصاميم السابقة التي استخدمت أملاح مثل كلوريد الليثيوم لتحسين الامتصاص، كانت تعاني من تسرب الأملاح إلى الماء الناتج، وفقا للمؤلف الرئيسي للدراسة.
لحل هذه المشكلة، أضاف الباحثون مادة الجليسرول إلى الهيدروجيل، وهي مركب يساعد على تثبيت الملح داخل المادة ومنع تسربه. كما صمم الهيدروجيل بطريقة تمنع تشكل المسام النانوية التي تسمح للأملاح بالخروج. ووفقا للفحوصات، كانت نسبة الملوحة في الماء الناتج أدنى بكثير من الحدود المسموح بها لمياه الشرب.
أما عن شكل الهيدروجيل، فتمت إعادة تشكيله ليأخذ هيئة فقاعات صغيرة مثل غلاف التغليف، مما يضاعف المساحة السطحية ويزيد من كمية الماء الممتصة. وتم تغليف الجهاز بحجرة زجاجية مزودة بطبقة تبريد، ومتصلة بأنبوب بسيط لجمع الماء المقطر.
اختبر الباحثون الجهاز في نوفمبر 2023 خلال أسبوع كامل في وادي الموت، حيث سجل معدلات إنتاج تراوحت بين 57 و161.5 مليلترا يوميا، عبر مستويات رطوبة مختلفة من 21 إلى 88 بالمئة. في جميع الحالات، تفوق الابتكار الجديد على معظم الأجهزة الأخرى سواء التي تعمل بشكل سلبي أو حتى النشطة باستخدام الطاقة.
