في إنجازٍ ثوريٍّ يعمل بالطاقة الشمسية، كشف باحثون في جامعة كامبريدج عن جهازٍ يُحوّل المياه الملوثة إلى وقود هيدروجين نظيف ومياه شرب نقية في آنٍ واحد. هذا الابتكار، المُستوحى من عملية التمثيل الضوئي الطبيعية، يحمل في طياته إمكانية إحداث ثورة في تحديات المياه والطاقة العالمية، مُقدّمًا حلاًّ مُتعدد الاستخدامات للبيئات غير المُتصلة بالشبكة الكهربائية. استعدوا لاستكشاف تفاصيل هذا الاختراع المُغيّر الذي يدفعنا نحو مستقبلٍ مُستدام.
طوّر باحثون في جامعة كامبريدج جهازًا رائعًا يعمل بالطاقة الشمسية، قادرًا على تحويل المياه الملوثة أو مياه البحر إلى وقود هيدروجيني نظيف ومياه نقية. تعمل هذه التقنية الرائدة عالميًا، وتُعدّ ذات قيمة خاصة في البيئات ذات الموارد المحدودة أو النائية. على عكس الإصدارات السابقة من الأوراق الاصطناعية التي كانت تُنتج الهيدروجين من المياه النظيفة، يعمل هذا الجهاز مع المياه الملوثة أو مياه البحر، مُنتجًا في الوقت نفسه مياه شرب نظيفة.
مستوحى من عملية التمثيل الضوئي، وهي العملية التي تُحوّل بها النباتات ضوء الشمس إلى غذاء، يُمثّل هذا الجهاز خطوةً مهمةً في معالجة ندرة المياه وتحديات الطاقة. يعمل الجهاز دون الحاجة إلى طاقة خارجية، مما يجعله عمليًا في المناطق النائية التي تفتقر إلى البنية التحتية لتنقية المياه.
يوضح الدكتور شانون بورنرونغروج، المؤلف الرئيسي المشارك في البحث، قائلاً: "إن الجمع بين إنتاج الوقود الشمسي وتنقية المياه في جهاز واحد أمرٌ صعب". تتطلب الطريقة التقليدية لفصل المياه بالطاقة الشمسية مياهًا نقية لمنع تسمم المحفزات أو التفاعلات الكيميائية غير المرغوب فيها. ومع ذلك، في المناطق التي تعاني من محدودية الوصول إلى المياه النظيفة والبنية التحتية لتنقية المياه، يُشكل هذا تحديًا.
يضيف الباحث الرئيسي المشارك، عارفين محمد أنور: "إن جهازًا قادرًا على العمل باستخدام المياه الملوثة يُمكنه حل مشكلتين في آنٍ واحد: يُمكنه تحليل الماء لإنتاج وقود نظيف، ويُمكنه إنتاج مياه شرب نظيفة". ولتحقيق ذلك، طوّر الباحثون تصميمًا باستخدام مُحفِّز ضوئي مُثبَّت على شبكة كربون نانوية تمتص الضوء والحرارة بكفاءة. يُولِّد المُحفِّز الضوئي بخار الماء، المُستخدَم لإنتاج الهيدروجين. تمنع شبكة الكربون المسامية، العائمة والطاردة للماء، الملوثات من التداخل مع العملية.
علاوة على ذلك، يُحسّن الجهاز الاستفادة القصوى من الطاقة الشمسية. يوضح محمد أنور قائلاً: "إن عملية إنتاج الوقود الشمسي باستخدام الضوء لا تستخدم سوى جزء صغير من الطيف الشمسي". ولمعالجة هذه المشكلة، تُسهّل طبقة امتصاص الأشعة فوق البنفسجية على الجهاز إنتاج الهيدروجين، بينما يُنقل باقي الطيف الشمسي لتبخير الماء.
في جوهره، يحاكي الجهاز ورقة شجر حقيقية من خلال دمج عملية النتح، مما يجعله متعدد الاستخدامات في مختلف ظروف المياه. ويتوقع الباحثون تأثيرات كبيرة، مثل الحد من تلوث الهواء الداخلي الناتج عن الطهي باستخدام وقود "ملوث"، وتوفير مياه شرب آمنة لـ 1.8 مليار شخص حول العالم يفتقرون إليها.
على الرغم من كونها مجرد إثبات لمبدأ، يؤكد الباحثون على بساطة التصميم وقابليته للتكيف مع المياه من مصادر متنوعة. ويرى البروفيسور إروين رايزنر، الذي قاد البحث، أن مثل هذه الابتكارات ضرورية للاقتصاد الدائري والمستقبل المستدام، إذ تعالج التحديات المتعلقة بالمناخ والصحة على حد سواء. وقد حظيت الدراسة بدعم من عدة منظمات، مما يؤكد أهمية الجهود التعاونية لتطوير حلول تحويلية.
