تُقدم تقنية تحلية المياه بالطاقة الشمسية، التي طورتها جامعة واترلو، حلاً رائداً ومستداماً لأزمة المياه العالمية. فمن خلال تحويل ضوء الشمس بكفاءة إلى مياه عذبة، يُعالج هذا الجهاز المُستوحى من الطبيعة التحديات الرئيسية المتمثلة في استهلاك الطاقة وتراكم الأملاح التي تُواجهها الطرق التقليدية. وبفضل قدرته على إنتاج ما يكفي من مياه الشرب لتلبية الاحتياجات البشرية اليومية، وسهولة نقله للاستخدام في المناطق النائية أو الساحلية، يُبشر هذا الابتكار بتحقيق أهداف الأمم المتحدة للتنمية المستدامة وتوفير المياه العذبة الأساسية للمجتمعات حول العالم. وقد يُمثل اختبار هذه التقنية في البحر الخطوة التالية في إحداث ثورة في جهود تحلية المياه العالمية.
تقنية ثورية تُحدث نقلة نوعية في مجال تحلية المياه، إذ تُقدم حلاً صديقاً للبيئة وأكثر كفاءة بخمس مرات من الطرق التقليدية. وقد طوّر باحثون من جامعة واترلو جهازاً موفراً للطاقة يستغل طاقة الشمس لتحويل مياه البحر إلى مياه شرب عذبة، باستخدام عملية تعتمد على التبخر تحاكي الطبيعة.
في المناطق الساحلية والجزرية، حيث يندر الحصول على المياه العذبة، تلعب تحلية المياه دورًا حيويًا. ويزداد الوضع خطورةً في ظل النقص العالمي في المياه الناجم عن النمو السكاني المتسارع وتزايد الطلب. ووفقًا لتقرير الأمم المتحدة العالمي لتنمية المياه، يفتقر 2.2 مليار شخص حول العالم إلى المياه النظيفة. وهذا يُبرز الحاجة المُلحة إلى تقنيات مبتكرة لضمان إمدادات موثوقة من المياه العذبة.
تواجه تقنيات تحلية المياه الحالية، التي تعتمد على ضخ مياه البحر عبر الأغشية، تحديات كبيرة. فهي لا تستهلك طاقة كبيرة فحسب، بل تؤدي أيضًا إلى تراكم الأملاح على الأغشية، مما يؤدي إلى انسداد النظام وانخفاض كفاءته. ونتيجة لذلك، تتطلب صيانة دورية، ويصبح التشغيل المستمر شبه مستحيل.
للتغلب على هذه العوائق، استلهم فريق البحث في واترلو من الطبيعة، فصمموا نظامهم على غرار طريقة نقل الأشجار للماء من الجذور إلى الأوراق. يوفر جهازهم المبتكر عملية تحلية مياه مستمرة تتجنب عيوب الطرق التقليدية.
يوضح الدكتور مايكل تام، أستاذ قسم الهندسة الكيميائية في جامعة واترلو، "لقد استلهمنا من كيفية دعم الطبيعة لنفسها، وخاصة دورة المياه - كيف يتبخر الماء ويتكثف بسلاسة في البيئة".
يعمل الجهاز عن طريق تحريض الماء على التبخر ثم نقله إلى سطح حيث يتكثف في دورة مغلقة. يمنع هذا التصميم تراكم الأملاح، وهي مشكلة رئيسية تُعيق تقنيات تحلية المياه الحالية، مما يسمح للنظام بالعمل بكفاءة أكبر دون الحاجة إلى صيانة دورية.
مع تزايد تركيز الصين على الإدارة المستدامة للمياه واستثماراتها المتنامية في الطاقة المتجددة، يمكن أن تحمل تقنيات كهذه إمكانات هائلة. وبينما تبحث المدن الساحلية والمراكز الصناعية عن حلول لمكافحة ندرة المياه، تُقدم تحلية المياه بالطاقة الشمسية مسارًا واعدًا للمضي قدمًا.
حل محمول لمشكلة ندرة المياه
جهاز تحلية مياه متطور يعمل بالطاقة الشمسية، طوّره باحثون في جامعة واترلو، يُتوقع أن يُحدث نقلة نوعية في كيفية معالجة ندرة المياه العالمية. يحوّل هذا الجهاز نسبة مذهلة تصل إلى 93% من ضوء الشمس إلى طاقة قابلة للاستخدام، أي بكفاءة تفوق أنظمة التحلية الحالية بخمسة أضعاف، ويمكنه إنتاج حوالي 20 لترًا من المياه العذبة لكل متر مربع يوميًا. وهذه الكمية هي نفسها التي توصي بها منظمة الصحة العالمية لتلبية الاحتياجات اليومية للفرد من مياه الشرب والنظافة الشخصية.
قام الفريق، الذي يضم طالبي الدكتوراه إيفا وانغ ووينان تشاو، بتصميم هذا الجهاز المبتكر باستخدام رغوة النيكل المطلية ببوليمر موصل وجزيئات حبوب اللقاح الحساسة للحرارة. تمتص هذه المواد ضوء الشمس عبر كامل الطيف الشمسي، محولةً إياه إلى حرارة. يسمح التصميم بتسخين طبقة رقيقة من الماء المالح ونقلها إلى الأعلى، محاكيةً بذلك إلى حد كبير الخاصية الشعرية في الأشجار التي تسحب الماء طبيعيًا من الجذور إلى الأوراق.
مع تبخر الماء، يُوجَّه الملح المتبقي بذكاء إلى الطبقة السفلية للجهاز، كما هو الحال في أنظمة الغسيل العكسي لأحواض السباحة. هذا يمنع تراكم الملح الذي قد يعيق تدفق الماء، مما يضمن عمل النظام باستمرار دون انقطاع.
لعب الدكتور يونينج لي، الأستاذ في قسم الهندسة الكيميائية بجامعة واترلو، دورًا محوريًا في المشروع، حيث ساعد الفريق على تسخير الطاقة الشمسية. وباستخدام جهاز اختبار الطاقة الشمسية، حسّنوا قدرات الجهاز على تجميع الضوء لزيادة كفاءته إلى أقصى حد.
قال الدكتور لي: "لا يتميز جهاز تحلية المياه الجديد هذا بكفاءته المذهلة فحسب، بل إنه محمول أيضًا، مما يجعله مثاليًا للمناطق النائية التي تعاني من ندرة المياه العذبة". وأضاف: "يوفر هذا الجهاز حلاً مستدامًا لأزمة المياه العالمية المتفاقمة".
يخطط الباحثون مستقبلًا لبناء نموذج أولي أكبر حجمًا واختباره في البحر، مما قد يمهد الطريق لتطبيقات عملية. في حال نجاحها، يمكن لهذه التقنية أن توفر إمدادات ثابتة من المياه العذبة للمجتمعات الساحلية، مع تعزيز العديد من أهداف الأمم المتحدة للتنمية المستدامة، بما في ذلك الصحة الجيدة والرفاهية (الهدف 3)، والمياه النظيفة والصرف الصحي (الهدف 6)، والحد من أوجه عدم المساواة (الهدف 10)، والاستهلاك والإنتاج المسؤولان (الهدف 12).
وقال الدكتور مايكل تام، الباحث الرئيسي في المشروع: "إذا أثبتت هذه التكنولوجيا نجاحها على نطاق أوسع، فقد تصبح بمثابة شريان حياة للمجتمعات الساحلية، وتوفر حلاً مستدامًا لأحد أعظم التحديات التي تواجه كوكبنا: الوصول إلى المياه النظيفة والعذبة".
