وفقًا للأمم المتحدة ، لا يتمتع حوالي 2.2 مليار شخص في جميع أنحاء العالم بإمكانية الوصول الموثوق إلى مياه الشرب المأمونة ، كما أن التأثيرات المتزايدة لتغير المناخ قد تجعل هذا الواقع أسوأ.

برز توليد البخار بالطاقة الشمسية (SSG) كتقنية واعدة للطاقة المتجددة لجمع المياه وتحلية المياه وتنقيتها ، والتي يمكن أن تفيد أولئك الذين هم في أمس الحاجة إليها في المجتمعات النائية ومناطق الإغاثة والبلدان النامية في رسائل الفيزياء التطبيقية ، من قبل AIP Publishing ، طور باحثون في Virginia Tech شجرة اصطناعية لتحسين SSG.

SSG يحول الطاقة الشمسية إلى حرارة. يمتص الماء من الخزان باستمرار أعمدة عائمة مسامية صغيرة. بمجرد وصول الماء إلى طبقة المواد الحرارية الضوئية ، يتبخر ويتكثف البخار في مياه صالحة للشرب.

يتمثل التحدي الرئيسي في توسيع تقنية SSG في الحد من قوة الشعيرات الدموية التي تتجاوز ارتفاع عمود معين ، عندما لا يمكن تصريف المياه بسرعة كافية لمتابعة عملية التبخر. القوة الشعرية ، القائمة على التوتر السطحي الذي يتسبب في “ارتفاع” الماء على منشفة ورقية مسامية ، تدفع الماء إلى المبخر.

مستوحاة من غابات المانغروف التي تنمو على طول السواحل ، تحايل الباحثون على هذه العقبة من خلال إنشاء شجرة اصطناعية لتحل محل العمل الشعري من خلال النتح ، وعملية تداول المياه من خلال النبات وتبخرها من الأوراق والسيقان والزهور. يمكن للعرق ضخ الماء من خلال أنابيب معزولة بأي ارتفاع مرغوب.

في الأشجار الحقيقية ، يبدأ النتح من الجذور التي تمتص الماء من خلال أوعية مجوفة مصنوعة من نسيج الخشب. عندما يسخن الماء ، يتم إطلاقه على شكل بخار عبر المسام تحت الأوراق.

تتكون الشجرة الاصطناعية من مجموعة من 19 أنبوبًا ، مغطاة بقرص سيراميك نانوي المسام ، يعمل بمثابة صفيحة. يبلغ ارتفاع كل أنبوب بلاستيكي ، يحاكي قنوات نسيج الخشب ، 6 سم ، أي أقل بقليل من 2.5 بوصة ، وقطره الداخلي 3.175 ملم ، أو حوالي عُشر البوصة.

يسمح التكوين لواجهة المبخر بالفصل حراريًا عن المياه السائبة في الخزان ، بحيث لا يجف المبخر. يتم تجديد الماء الذي يتبخر من القرص عن طريق الشفط ، والذي يضخ باستمرار المزيد من الماء من الخزان السفلي إلى شبكة الأنابيب.

قال المؤلف جوناثان بوريكو: “نعتقد أن مولد البخار الشمسي القائم على الأشجار لدينا سيكون ذا أهمية لاستخراج و تنقية المياه الجوفية” “الهدف النهائي هو تحقيق ضغط شفط قوي بما يكفي لسحب مياه المحيط من خلال مرشح غير ملح دون الحاجة إلى مضخة ميكانيكية ، بنفس الطريقة التي يمكن أن تندفع بها أشجار المانغروف في المياه. المحيط.

يمكن أن تركز الأبحاث المستقبلية على جعل الأشجار أطول ، وإضافة المزيد من الأوراق لزيادة المساحة التي يحدث فيها التبخر ، ودمج أغشية تحلية المياه في مداخل الأنابيب لمنع تراكم الملح.

تقرير البحث: “الأشجار الاصطناعية لتحسين التبخر الشمسي واستعادة المياه”