تولید آب شیرین از باد؛ فناوری جدیدی که رطوبت هوا را بدون برق به آب آشامیدنی تبدیل میکند
کمبود منابع آب شیرین در بسیاری از نقاط جهان به یکی از مهمترین چالشهای قرن بیستویکم تبدیل شده است. افزایش جمعیت، تغییرات اقلیمی، خشکسالیهای پیدرپی و کاهش منابع آب زیرزمینی، پژوهشگران را به سمت توسعه فناوریهای نوین برای تولید آب آشامیدنی سوق داده است. یکی از این فناوریها، برداشت آب از رطوبت موجود در جو یا همان «تولید آب از هوا» است؛ روشی که در سالهای اخیر توجه بسیاری از دانشمندان را به خود جلب کرده است.
به گزارش تجارت نیوز، اکنون گروهی از پژوهشگران با ارائه فناوری تازهای موفق شدهاند از نیروی باد برای تولید آب شیرین استفاده کنند؛ رویکردی که نهتنها مصرف انرژی را کاهش میدهد، بلکه میتواند در مناطقی که دسترسی به برق یا زیرساختهای پیشرفته وجود ندارد، راهحلی عملی و پایدار برای تأمین آب باشد.
استفاده از انرژی باد برای استخراج آب از هوا
نتایج پژوهشی که بهتازگی در نشریه علمی Advanced Functional Materials منتشر شده است، نشان میدهد که میتوان انرژی جنبشی باد را مستقیماً به گرما تبدیل کرد و از این گرما برای استخراج آب جذبشده از رطوبت هوا استفاده کرد.
در این فناوری، پژوهشگران از اسفنجهای پلیمری بسیار متخلخل و جاذب رطوبت استفاده کردهاند. این اسفنجها قادرند بخار آب موجود در هوا را جذب و در خود ذخیره کنند. پس از اشباع شدن اسفنجها، مرحله دوم فرآیند آغاز میشود؛ جایی که انرژی باد وارد عمل میشود.
برخلاف بسیاری از سامانههای موجود که برای آزادسازی آب به پنلهای خورشیدی یا برق نیاز دارند، در این فناوری از پدیدهای موسوم به «گرمایش جریان گردابی» استفاده شده است. این فرآیند انرژی مکانیکی باد را مستقیماً به انرژی حرارتی تبدیل میکند و باعث میشود آب ذخیرهشده در اسفنجها به شکل بخار آزاد شده و سپس با میعان به آب شیرین تبدیل شود.
راندمان بالا و تولید نزدیک به ۱۰ لیتر آب در روز
یکی از مهمترین دستاوردهای این پژوهش، بازده بالای سامانه جدید است. آزمایشهای انجامشده در شرایط مختلف آبوهوایی نشان میدهد که این فناوری میتواند به ازای هر یک کیلوگرم اسفنج جاذب رطوبت، روزانه حدود ۹.۹ لیتر آب شیرین تولید کند.
این میزان تولید آب برای فناوریهای برداشت آب از جو، رقم قابل توجهی محسوب میشود و میتواند نیاز روزانه چندین نفر را در مناطق کمآب تأمین کند.
پژوهشگران همچنین اعلام کردهاند که سامانه جدید توانسته است بیش از ۹۰ درصد انرژی باد را به انرژی گرمایی تبدیل کند. چنین راندمانی در تبدیل مستقیم انرژیهای تجدیدپذیر، دستاوردی مهم به شمار میرود و نشان میدهد که این فناوری میتواند با حداقل اتلاف انرژی فعالیت کند.
برای درک بهتر این آمار باید توجه داشت که هر ۹.۹ لیتر آب تقریباً معادل ۲.۶ گالن آب یا نزدیک به ۱۰ هزار میلیلیتر آب آشامیدنی است؛ رقمی که برای یک سامانه کوچک و مستقل، عملکرد بسیار مطلوبی محسوب میشود.
حذف نیاز به برق و انرژی خورشیدی
هایکینگ لی، پژوهشگر دانشگاه فناوری نانجینگ چین و نویسنده مسئول این مطالعه، معتقد است یکی از مهمترین مزیتهای این فناوری، حذف مرحله تولید برق است.
او توضیح میدهد که بیشتر سامانههای برداشت آب از هوا برای بازیابی مواد جاذب، به گرمای حاصل از انرژی خورشیدی یا برق وابسته هستند؛ اما فناوری جدید مستقیماً از انرژی باد استفاده میکند و بدون واسطه، انرژی جنبشی را به گرما تبدیل میکند.
به گفته این پژوهشگر، حذف مرحله تولید برق باعث افزایش بازده سیستم، کاهش هزینههای عملیاتی و سادهتر شدن تجهیزات مورد نیاز میشود. همچنین استفاده مستقیم از باد، دامنه منابع انرژی تجدیدپذیر قابل استفاده در فناوریهای تولید آب از هوا را گسترش میدهد.
راهکاری مناسب برای مناطق دورافتاده و بحرانزده
یکی از مهمترین کاربردهای این فناوری، استفاده در مناطقی است که با کمبود آب یا نبود زیرساختهای انرژی مواجه هستند.
بسیاری از جزایر، مناطق ساحلی، روستاهای دورافتاده و مناطق خشک جهان اگرچه از منابع آب شیرین محروم هستند، اما در بیشتر روزهای سال از بادهای مناسب برخوردارند. فناوری جدید میتواند از همین ظرفیت طبیعی برای تولید آب آشامیدنی استفاده کند.
کارشناسان معتقدند این سامانه در شرایط اضطراری نیز کاربرد فراوانی خواهد داشت. در زمان وقوع زلزله، سیل، طوفان یا سایر بلایای طبیعی که شبکه برق از کار میافتد، چنین فناوریهایی میتوانند بدون وابستگی به زیرساختهای شهری، آب مورد نیاز ساکنان را تأمین کنند.
علاوه بر این، استفاده از انرژی باد به جای سوختهای فسیلی، میزان انتشار گازهای گلخانهای را نیز کاهش میدهد و به توسعه فناوریهای سازگار با محیط زیست کمک میکند.
تولید آب از هوا؛ فناوری رو به رشد جهان
در سالهای اخیر، فناوری برداشت آب از رطوبت هوا به یکی از حوزههای مهم تحقیقات جهانی تبدیل شده است. دلیل این موضوع نیز افزایش بحران کمآبی در بسیاری از کشورهاست.
طبق گزارش سازمان ملل، بیش از ۲ میلیارد نفر در جهان به آب آشامیدنی سالم دسترسی پایدار ندارند و پیشبینی میشود تا سال ۲۰۵۰ حدود نیمی از جمعیت جهان در مناطقی با تنش شدید آبی زندگی کنند. به همین دلیل، توسعه فناوریهایی که بتوانند بدون وابستگی به منابع سنتی، آب شیرین تولید کنند، اهمیت روزافزونی یافته است.
روش جدید مبتنی بر انرژی باد نیز میتواند در کنار فناوریهای خورشیدی، سامانههای نمکزدایی آب دریا و سیستمهای تولید آب از هوا، به یکی از گزینههای مهم برای تأمین آب در آینده تبدیل شود.
آینده فناوری تولید آب با انرژی باد
هرچند این فناوری هنوز در مرحله تحقیقات آزمایشگاهی قرار دارد، اما نتایج اولیه نشان میدهد که میتواند زمینهساز تولید سامانههای مستقل و کمهزینه برای تأمین آب در مناطق محروم باشد.
در صورت توسعه صنعتی، این سیستمها میتوانند روی سواحل، جزایر، ایستگاههای تحقیقاتی، مناطق کوهستانی، کمپهای امدادی و حتی مناطق نظامی نصب شوند و بدون نیاز به برق، آب آشامیدنی تولید کنند.
پژوهشگران امیدوارند با بهبود مواد جاذب رطوبت و افزایش ظرفیت جذب آب، راندمان این سامانه در سالهای آینده بیش از پیش افزایش یابد و هزینه تولید هر لیتر آب نیز کاهش پیدا کند.
پژوهش جدید دانشمندان نشان میدهد که انرژی باد تنها برای تولید برق کاربرد ندارد و میتواند نقش مهمی در تأمین آب شیرین نیز ایفا کند. استفاده از اسفنجهای جاذب رطوبت در کنار فناوری تبدیل مستقیم انرژی باد به گرما، امکان تولید روزانه ۹.۹ لیتر آب شیرین به ازای هر کیلوگرم ماده جاذب را فراهم کرده است؛ آن هم با راندمانی بیش از ۹۰ درصد در تبدیل انرژی.
اگر این فناوری بتواند مراحل توسعه و تجاریسازی را با موفقیت پشت سر بگذارد، در آینده میتواند به یکی از راهکارهای مؤثر برای مقابله با بحران جهانی کمآبی تبدیل شود؛ بهویژه در مناطقی که به منابع آب شیرین، شبکه برق یا زیرساختهای پیشرفته دسترسی ندارند. چنین نوآوریهایی نشان میدهند که ترکیب انرژیهای تجدیدپذیر با فناوریهای نوین، میتواند افقهای تازهای برای تأمین پایدار آب و حفاظت از محیط زیست ایجاد کند.