دانشمندان دستگاه خورشیدی جدیدی را برای استخراج آب از هوا توسعه دادند

دستگاهی جدید با ساختار اسفنجی از نور خورشید برای برداشت آب از هوا استفاده می‌کند و راه‌حلی کارآمد و کم‌هزینه برای کمبود آب ارائه می‌دهد.

مهندسان از استرالیا و چین دستگاهی اسفنج‌مانند توسعه داده‌اند که رطوبت را از هوا جذب کرده و با استفاده از انرژی خورشیدی آن را در یک لیوان آزاد می‌کند. برخلاف فناوری‌های دیگر مانند برداشت مه و سرمایش تابشی، این دستگاه حتی در شرایط رطوبت پایین نیز مؤثر است.

به گزارش فرارو به نقل از  Journal of Cleaner Production، این سیستم برداشت آب در گستره وسیعی از سطوح رطوبت (۳۰ تا ۹۰ درصد) و دماها (۵ تا ۵۵ درجه سانتی‌گراد) به طور قابل اعتماد عمل می‌کند.

طبق گفته دکتر دِرک هائو، پژوهشگر ارشد از دانشگاه RMIT در ملبورن، این دستگاه از ساختار متخلخل طبیعی چوب بالسای تصفیه‌شده استفاده می‌کند که برای جذب رطوبت اتمسفری و آزادسازی آن در صورت نیاز اصلاح شده است.

ترکیب چوب‌محور تیم به طور مرتب در داخل یک لیوان قرار می‌گیرد که شامل درپوش گنبدی، سینی ضد آلودگی، سیستم خنک‌کننده، و مکانیزم فعال‌سازی با انرژی خورشیدی است.

هائو، دانشمند مواد و مهندس محیط‌زیست در دانشکده علوم RMIT، گفت: «میلیاردها نفر در سراسر جهان به آب آشامیدنی دسترسی ندارند و میلیون‌ها نفر هر سال به دلیل بیماری‌های مرتبط با آب جان خود را از دست می‌دهند.»

هائو گفت: «تیم ما دستگاهی اختراع کرده که شامل اسکلت اسفنجی چوب، کلرید لیتیوم، نانوذرات اکسید آهن، لایه نانولوله کربنی، و سایر ویژگی‌های تخصصی است.»

تیم از هوش مصنوعی برای پیش‌بینی دقیق و بهینه‌سازی عملکرد برداشت و آزادسازی آب دستگاه در شرایط محیطی مختلف استفاده کرد.

نحوه عملکرد و جذب و تخلیه آب

ماده اسفنجی، که یک نمونه اولیه آزمایشگاهی است، هنگامی که درپوش لیوان باز است رطوبت را از اتمسفر جذب می‌کند. با بستن درپوش زیر نور خورشید، آب به داخل لیوان آزاد می‌شود.

در شرایط آزمایشگاهی، این دستگاه آب‌ساز از هوا حدود ۲ میلی‌لیتر آب در هر گرم ماده در رطوبت نسبی ۹۰ درصد جذب کرد و تقریباً تمام آب را در کمتر از ۱۰ ساعت تحت تابش خورشید آزاد کرد؛ که از بیشتر روش‌های شناخته‌شده بالاتر است و با هزینه کمتری انجام می‌شود. با نه مکعب اسفنجی که هر کدام ۰.۸ گرم وزن دارند، ۱۵ میلی‌لیتر آب می‌تواند جذب و به داخل لیوان آزاد شود.

هُو گفت: «در آزمایش‌های فضای باز، دستگاه ما ۲.۵ میلی‌لیتر آب در هر گرم را در طول شب جذب کرد و بیشتر آن را در طول روز آزاد کرد و راندمان جمع‌آوری آب روزانه ۹۴ درصد را به دست آورد.»

«در رطوبت ۳۰ درصد، دستگاه ما آب را با حدود ۰.۶ میلی‌لیتر در هر گرم جذب کرد. این نتایج پتانسیل استفاده از آن در سیستم‌های برداشت آب با انرژی خورشیدی خارج از شبکه را برجسته می‌کند.»

فواید طراحی الهام‌گرفته از طبیعت

هائو گفت استفاده از چوب طبیعی به عنوان ماتریس نه تنها هزینه‌ها را کاهش داد، بلکه استحکام ساختاری و انتقال بهتر آب را از طریق معماری متخلخل آن فراهم کرد.

«این ویژگی‌ها امکان تولید انبوه ماده و استقرار آن در کاربردهای واقعی مانند جمع‌آوری آب در مناطق دورافتاده یا خشک را فراهم می‌کند».

«دستگاه انعطاف‌پذیری و عملکرد جذب آب خود را حتی پس از ذخیره‌سازی در دمای منفی ۲۰ درجه سانتی‌گراد به مدت ۲۰ روز حفظ کرد که مقاومت عالی در برابر انجماد را نشان می‌دهد. عملکرد جذب و آزادسازی رطوبت آن در ۱۰ چرخه متوالی با کمتر از ۱۲ درصد کاهش کارایی پایدار بود.»