لطالما كان يُنظر إلى الإمداد بمياه الشرب النظيفة على أنه حق أساسي من حقوق الإنسان في العديد من المناطق ، ولكن الوضع في أجزاء كثيرة من العالم مختلف تمامًا. يكافح العالم الثالث من أجل مياه شرب نظيفة. يمكن لنظام الصرف الصحي الجديد القائم على الليزر أن يساعد البلدان النامية على توفير المياه النظيفة وإنقاذ الأرواح.
يعتقد فريق بحثي بقيادة سوبهاش سينغ من معهد البصريات في جامعة روتشستر في نيويورك أن الصرف الصحي للمياه باستخدام الطاقة الشمسية قد يكون المفتاح لتوفير المياه النظيفة المستدامة لسكان العالم الذين يتزايد عددهم بسرعة. نُشرت نتائج الدراسة في مجلة Nature Sustainability.
أدرجت منظمة الصحة العالمية الأشعة فوق البنفسجية لتعقيم الزجاجات الشفافة وتعقيمها بالحرارة كطرق لتنظيف المياه على مدار فترة زمنية. هناك أيضًا العديد من الأنظمة في السوق التي تستخدم ضوء الشمس لتنقية المياه. لكن هذه الأنظمة بها عيوب واضحة: مشكلات قابلية التوسع. قد لا يكون النظام الذي يمكنه تطهير مجموعة صغيرة من الأشخاص أو الأسرة مفيدًا جدًا عند تطهير بلدة أو قرية بأكملها. إلى جانب التكاليف ذات الصلة بنظام تطهير المياه ، لا يستطيع 1 من كل 9 أشخاص (حوالي 785 مليون شخص) الحصول على مياه نظيفة. من بينهم ، يموت مليون شخص كل عام بسبب نقص المياه النظيفة.
اكتشف فريق البحث عدة مشاكل في نظام الصرف الصحي الحالي للمياه ، لا سيما مشكلة تبخر الواجهة التي تعمل بالطاقة الشمسية. وتشمل هذه ، على سبيل المثال لا الحصر: عدم القدرة على التحكم في حد التتبع الشمسي لمبخر الواجهة ، مما يعني أنه عندما تتغير زاوية الشمس ، سينخفض التركيز البصري ، مما يؤدي إلى انخفاض القدرة على التطهير. هناك مشكلة أخرى تتمثل في تأثير الحجب الذي يقلل بشدة من كفاءة المعدات.
نظرًا لأن نظام التعقيم الشمسي الحالي يستخدم&مثل ؛&من أسفل إلى أعلى ؛ نظام التدفئة ، سيتم فقدان معظم الطاقة المولدة من خلال تبخر الماء والهواء. تحل بعض الأنظمة مشكلة الكفاءة هذه عن طريق إدخال نظام توليد الطاقة الحرارية الشمسية في واجهة الهواء / الماء. نظرًا لأن هذا السطح يطفو على الماء ، فلا يمكن وضعه بدقة لمواجهة الضوء الساقط ، وسوف تتفاقم مشكلة الانسداد عن طريق ملامسة الماء الأساسي.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك مشكلة مهمة للغاية: أجهزة تنقية الطاقة الشمسية الحالية يمكنها فقط القضاء على التلوث البيولوجي. هناك أيضًا عدد كبير من الملوثات الأخرى ، خاصة المعادن الثقيلة ، التي لم تتم معالجتها.
اقترح الفريق استخدام سطح بامتصاص فائق للماء وامتصاص فائق للضوء لتطهير المياه بالطاقة الشمسية. هذا السطح مع امتصاص الماء الفائق وامتصاص الضوء الفائق يتكون من الألومنيوم ، وهو سهل الحصول عليه ومنخفض التكلفة.
ومع ذلك ، فإن الألمنيوم التقليدي غير المعالج لا يحتوي على الخصائص المسامية المطلوبة لامتصاص الماء. بالإضافة إلى ذلك ، سطحه عاكس ، لذلك لا يمتص الضوء. لحل هذه المشكلة ، قام فريق البحث باستخدام الليزر باستخدام نبضات ليزر فيمتو ثانية. يسمح السطح المسامي الناتج عن هذا العلاج بالليزر بتدفق الماء بسرعة ثابتة تبلغ حوالي 2 ملم في الثانية تحت تأثير الجاذبية. هذا يعني أنه يمكن نقل الماء إلى سطح امتصاص الطاقة الشمسية للتطهير.
لذلك ، يمكن تثبيت هذا السطح المسامي على المنصة العائمة في أي زاوية لزيادة حدوث الأشعة الشمسية. هذا يعني أيضًا أن هذه اللوحة متصلة بنظام تتبع الشمس لتتبع مسار الشمس&والحفاظ على مستوى التطهير في أفضل حالة.
ركز الباحثون أيضًا على شكل هذا السطح المسامي وكيف يبدد الحرارة عبر الماء. وجدوا أن السطح على شكل حرف U يمكن أن يقلل من ملامسة سطح الماء ، مما يجعله النموذج الأكثر كفاءة في استخدام الطاقة حاليًا. حتى الآن ، فإن معدل التبخر الذي سجله الفريق يتجاوز حتى المعدات المثالية في حالة تشغيل فعالة بنسبة 100٪.
لم يختبر فريق البحث المياه الملوثة بيولوجيًا فحسب ، بل اختبر أيضًا المياه الملوثة بالملوثات الأخرى مثل المعادن والنفايات المنزلية والزراعية. وجد بحثهم أن كثافة الماء انخفضت بنسبة 4 إلى 5 أوامر من حيث الحجم. تلبية معايير منظمة الصحة العالمية لمياه الشرب الآمنة.