إسفنجة شمسية ذكية تستخرج المياه من الهواء بكفاءة أعلى وطاقة أقل

2025/04/07 - 06:01:21am

طور علماء في شنغهاي مادة مبتكرة تُعرف باسم CPPY@LiCl، وهي إسفنجة ذكية تعمل بالطاقة الشمسية وتجمع المياه من الهواء باستخدام طاقة أقل بنسبة 40٪ مقارنة بالطرق التقليدية، وتُعد هذه التقنية بمثابة طفرة حقيقية في مجال استخراج المياه في المناطق الجافة والريفية.

إسفنجة تجمع بين خصائص الهيدروجيل والبنية الإسفنجية

تمتاز "الهيدروإسفنجة" الجديدة بقدرتها العالية على امتصاص المياه مثل الهيدروجيل، لكنها تتميز أيضا ببنية إسفنجية هوائية تجعلها أكثر قدرة على تحرير المياه باستخدام حرارة خفيفة كأشعة الشمس، دون الحاجة إلى مصادر طاقة خارجية.
وعلى عكس الهيدروجيل التقليدي، الذي يحتفظ بالماء بشكل يصعب تحريره، تم تصميم CPPY@LiCl لتجمع بين المرونة والقدرة على التخزين والتحرر السهل للمياه.

تركيبة صديقة للبيئة تعتمد على نفايات بحرية

تتكون هذه الإسفنجة بشكل أساسي من مكونات قابلة للتحلل وصديقة للبيئة، أبرزها:
الكيتوزان: مستخلص من نفايات القشريات البحرية.
حمض الغاما بولي غلوتاميك: بوليمر حيوي.
بولي فينيل بيروليدون.
البولي بايرول: يساعد على امتصاص الضوء وتحويله إلى حرارة.
كلوريد الليثيوم (LiCl): ملح طبيعي يتمتع بكفاءة عالية في امتصاص الرطوبة من الجو.

بنية مسامية بذكاء هندسي يمكّنها من سحب المياه بسهولة

تم تصميم الهيكل الداخلي للإسفنجة بحيث يتكون من 70% فراغات وقنوات مترابطة، مما يتيح تدفق بخار الماء والتصاقه بسطح المادة بكفاءة عالية، وجود LiCl عزز بشكل كبير من قدرة المادة على امتصاص الرطوبة الجوية، حتى في مستويات رطوبة منخفضة.

إطلاق المياه بحرارة الشمس فقط

ما يميز CPPY@LiCl هو أن المياه داخلها توجد بثلاث حالات:
مرتبطة بشدة بالمادة
مرتبطة بشكل خفيف
حرة الحركة داخل المسامات
وتشير الدراسات إلى أن أغلب المياه داخل هذه المادة مرتبطة بشكل خفيف أو حرة، مما يجعل تحريرها ممكنا عند درجات حرارة منخفضة تصل إلى 50 درجة مئوية فقط، في حين تتطلب المواد التقليدية حرارة تصل إلى 80 درجة مئوية.

أداء فائق في اختبارات الرطوبة ومتانة ضد الأشعة فوق البنفسجية

أظهرت التجارب أن المادة قادرة على امتصاص كميات مختلفة من المياه بحسب نسبة الرطوبة:
عند 30% رطوبة: 1.64 غرام ماء لكل غرام مادة
عند 60% رطوبة: 2.65 غرام
عند 80% رطوبة: 4.21 غرام
وفي اختبارات ميدانية، استطاعت الهيدروإسفنجة أن تجمع 6.29 لترات من الماء لكل متر مربع خلال دورة امتصاص ليلية وتحرير نهاري، مع الحفاظ على 90% من كفاءتها حتى بعد التعرض الطويل للأشعة فوق البنفسجية.

مياه نظيفة وآمنة للاستهلاك البشري

أكدت التحاليل أن المياه المستخرجة من CPPY@LiCl آمنة وصالحة للشرب، وتتماشى مع معايير منظمة الصحة العالمية (WHO)، مما يجعل هذه التكنولوجيا مثالية لتوفير مياه الشرب في المناطق النائية التي تعاني من شح المياه.

تقنية واعدة لمستقبل خالٍ من العطش

نظرًا لأنها تعتمد فقط على ضوء الشمس ومكونات قابلة للتحلل الحيوي، تعتبر الهيدروإسفنجة حلاً مستدامًا ومنخفض التكلفة لمواجهة أزمة ندرة المياه العالمية، ومع استمرار الأبحاث لتطويرها وتحسين كفاءتها، يتوقع أن يكون لها دور حيوي في تحقيق الأمن المائي في المناطق المتأثرة بالتغير المناخي والجفاف.