يمكن لتقنية بسيطة مصنوعة من غشاء من الجيل (الهلام) منخفض التكلفة أن يستخلص مياه الشرب من هواء الصحراء. يعيش أكثر من ثلث سكان العالم في الأراضي الجافة، وهي مناطق تعاني من نقص كبير في المياه. طور العلماء والمهندسون في جامعة تكساس في أوستن حلاً يمكن أن يساعد الناس في هذه المناطق على الوصول إلى مياه الشرب النظيفة.
استطاع الفريق تطوير غشاء جل منخفض التكلفة مصنوع من مواد وفيرة يمكنها سحب الماء واستخراجه من الهواء حتى في المناخات الأكثر جفافاً. تبلغ تكلفة المواد التي تسهل هذا التفاعل حوالي دولارين فقط لكل كيلو غرام، ويمكن أن ينتج كيلوغرام واحد أكثر من ستة لترات من الماء يومياً في مناطق تقل فيها الرطوبة النسبية عن 15% وحوالي ثلاثة عشر لتراً في مناطق تصل الرطوبة النسبية فيها إلى 30%.
يعتمد البحث على الإنجازات السابقة التي حققها الفريق، بما في ذلك القدرة على سحب المياه من الغلاف الجوي وتطبيق هذه التكنولوجيا لإنشاء تربة ذاتية الري. لكن الصعوبة التي واجهت الفريق في عمله الحالي هي أن هذه التقنيات تم تصميمها للبيئات عالية الرطوبة نسبياً؛ حيث أن مولد المياه في الغلاف الجوي (AWG) هو جهاز يستخرج الماء من الهواء المحيط الرطب، وينتج مياهاً صالحة للشرب. يمكن استخراج بخار الماء الموجود في الهواء من خلال تقنيات متعددة، بما في ذلك التكثيف أي تبريد الهواء تحت نقطة الندى، أو تعريض الهواء لمجففات، أو الضغط على الهواء. تعتبر تقنيات (AWGs) مفيدة عندما يصعب الحصول على مياه الشرب، لأن الماء موجود دائماً في الهواء المحيط الرطب وحتى الجاف. وهنا جاء عمل فريق البحث الجديد في تطوير آليات استخلاص الماء حتى في البيئات الجافة ذات المناخ الصحراوي.
قال جويوا يو أستاذ علوم المواد والهندسة الميكانيكية في كلية كوكرل للهندسة، قسم الهندسة الميكانيكية في كلية كوكريل للهندسة: يتعلق هذا العمل الجديد بالحلول العملية التي يمكن للناس استخدامها للحصول على المياه في أكثر الأماكن سخونة وجفافاً على وجه الأرض. يمكن أن يتيح ذلك لملايين الأشخاص الذين ليس لديهم إمكانية الحصول على مياه الشرب بشكل ثابت الحصول على أجهزة بسيطة تساعدهم في توليد المياه في المنزل، أجهزة يمكن تشغيلها بسهولة، والأهم أنها منخفضة التكلفة.
إن العمل على هذه التقنية وتطويرها، يعد إنجازاً غير مسبوق، ويتطلع أعضاء الفريق إلى نشرها على أوسع نطاق، فبينما تدفع ملايين الدولارات لتمويل أبحاث أخرى تغوص في فهم الفضاء وتطوير السفر عبر الزمن، فإن هذا البحث يعمل على تأمين حاجة أساسية للناس لا يمكن الاستغناء عنها، ألا وهي ماء الشرب وجعلها متوفرة حتى في المناطق الصحراوية الجافة من خلال تقنية غير مسبوقة سهلة التحضير والاستخدام.
استخدم الباحثون السليلوز المتجدد إضافة إلى أحد مكونات المطبخ الشائعة، وهو أحد أنواع الصمغ كهيكل رئيسي محب للماء (ينجذب إلى الماء). تسرع بنية اللثة ذات المسام المفتوحة من عملية امتصاص الرطوبة. ويساعد مكون آخر مصمم بسهولة، وهو السليلوز المستجيب للحرارة مع تفاعل كاره للماء (المقاوم للماء) عند تسخينه، على إطلاق المياه المجمعة على الفور، بحيث يتم تقليل مدخلات الطاقة الإجمالية اللازمة لإنتاج الماء إلى الحد الأدنى.
عادةً ما تكون المحاولات الأخرى لسحب المياه من هواء الصحراء كثيفة الاستخدام للطاقة ولا تنتج الكثير. وعلى الرغم من أن ستة لترات لا تبدو كمية كبيرة، إلا أن الباحثين يقولون إن إنتاج أغشية أكثر سمكاً أو أسرة ماصة أو مصفوفات مع المزيد من التحسين، يمكن أن يزيد بشكل كبير من كمية المياه التي تنتجها هذه التقنية.
قال يو: تم تصميم المادة الجديدة لتجميع الرطوبة من الهواء وإنتاج المياه النظيفة تحت أشعة الشمس وتجنب استهلاك الطاقة المكثف. وقال الباحثون إن رد الفعل في حد ذاته هو رد فعل بسيط، مما يقلل من تحديات توسيع نطاقه وتحقيق الاستخدام الشامل في المستقبل المنظور.
قال يوهونغ نانسي جو المؤلف الرئيسي للورقة البحثية وطالب الدكتوراه السابق في مختبر يو وهو الآن باحث ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: هذا ليس شيئاً تحتاج إلى درجة علمية متقدمة لاستخدامه. إنه أمر واضح ومباشر وبسيط بحيث يمكن لأي شخص أن يصنعه في المنزل إذا كان لديه المواد اللازمة.
الفيلم مرن ويمكن تشكيله في مجموعة متنوعة من الأشكال والأحجام، وذلك حسب حاجة المستخدم. يتطلب صنع الفيلم مادة الجيل (الهلام) فقط، والتي تشمل جميع المكونات التي تم ذكرها عند شرح الآلية ذات الصلة التي يتم سكبها في قالب.
قال ويكسان جوان طالب دكتوراه في فريق مختبر يو وباحث رئيسي من العمل: يستغرق الجل دقيقتين لضبطه ببساطة. ثم يحتاج فقط إلى التجفيف بالتجميد، ويمكن تقشيره من القالب واستخدامه فوراً بعد ذلك.
ومع ذلك، فإن الباحثين يتصورون هذه التقنية أيضاً على أنها شيء يمكن للناس شراؤه يوماً ما من متجر لأجهزة الكمبيوتر واستخدامه في منازلهم بسبب البساطة التي تتمتع بها هذه التقنية: البساطة في التحضير، والسهولة في الاستخدام، إضافة إلى انخفاض التكاليف وتوفر المواد اللازمة في كل مكان تقريباً.
----