حققت فريق بحثي في جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد، اكتشافاً جديداً في مجال تحلية مياه البحر بالطاقة الشمسية، حيث من المتوقع أن تقلل هذه التقنية من الاعتماد على طرق معالجة المياه المالحة التقليدية عالية استهلاك الطاقة. قاد الفريق الأستاذ المشارك في الهندسة الميكانيكية Luat Vuong، حيث أثبتوا لأول مرة أن الضوء فوق البنفسجي في نطاق ترددات معين يمكن أن يفصل بشكل فعال الروابط الكيميائية بين الملح والماء.
“حسب علمنا، لم يقترح أحد حتى الآن استخدام قناة الضوء فوق البنفسجي العميق لفصل مياه البحر،” قال Vuong. “يُستخدم الضوء فوق البنفسجي في نطاق الطول الموجي 300-400 نانومتر عادة للتعقيم، لكن قناة الضوء فوق البنفسجي العميق حول 200 نانومتر غير معروفة جيداً. قد نكون أول من فكر فعلياً في كيفية تطبيقها على تحلية المياه.” نُشرت نتائج هذا البحث في مجلة ACS Applied Materials & Interfaces الأكاديمية.
استخدم فريق البحث مادة خزفية من نيتريد الألمنيوم لصنع هيكل فتيل، حيث يتم فصل الملح عن الماء من خلال إشعاع بضوء فوق بنفسجي بطول موجي معين. على عكس تقنيات تحلية المياه الشمسية التقليدية التي تعتمد على مواد داكنة اللون لامتصاص الحرارة وغلي المياه المالحة، لا تتطلب هذه الطريقة تسخين السائل الرئيسي لتحقيق تأثير التبخر. أظهرت البيانات التجريبية أن معدل تبخر المياه المالحة تحت إشعاع الضوء فوق البنفسجي أعلى بشكل ملحوظ مقارنة بالبيئة المظلمة أو تحت إشعاع الضوء الأحمر أو الأصفر أو تحت الأشعة تحت الحمراء في المجموعات الضابطة.
أوضح Vuong: “بفضل هيكلها البلوري، يناسب نيتريد الألمنيوم إصدار الضوء فوق البنفسجي بشكل مثالي.” قد تثير هذه المادة عملية “تحويل فوتوني صاعد”، حيث تتحد فوتونات منخفضة الطاقة لتشكل فوتوناً عالي الطاقة، مما يمنح طاقة كافية لكسر الروابط الكيميائية في المياه المالحة. إذا تم التحكم في هذه العملية دون إنتاج حرارة زائدة، فإنها ستوفر مساراً تقنياً جديداً لتحلية المياه الشمسية غير الحرارية.
لا تقتصر هذه التقنية لتحلية المياه الشمسية على استبدال أنظمة التناضح العكسي التي تعتمد على مضخات الضغط العالي فحسب، بل يمكنها أيضاً معالجة النفايات المالحة المركزة الناتجة عن التناضح العكسي، مما يقلل من التأثير على النظم البيئية المائية. أشار فريق البحث إلى أن مبدأ هذه التقنية يمكن توسيعه إلى تطبيقات مثل إدارة النفايات واستخراج المعادن.
“قد تحقق مواد أخرى التأثير نفسه، لكن نيتريد الألمنيوم أكثر عملية. إنه رخيص الثمن، متوفر في كل مكان، غير سام، ذو خصائص مائية قوية ومتين،” أضاف Vuong. يركز فريق البحث حالياً على تصميم الهندسة المعمارية للنظام وتحسين عمليات التصنيع، لدفع هذه التقنية لتحلية المياه الشمسية نحو التطبيق العملي.
