جنگ ستارگان الهام بخش تکنولوژی های نوین مقابله با کم آبی
اگر فیلم جنگ ستارگان را دیده باشید، احتمالا با خانواده Luke Skywalker که در سیاره Tatooine زندگی می کنند و با استفاده از دستگاه هایی به نام «تبخیر کننده» از جو پیرامونی رطوبت می گیرند، آشنایی دارید. در چشم انداز داغ و خشک این سیاره، این کار که اصطلاحا کشت رطوبت خوانده می شد از اهمیت بالایی برای زنده ماندن و بقای ساکنانش برخوردار بود.
تابحال از خود سوال کرده اید که آیا می شود همین روش را در کره زمین هم پیاده کرد و با استخراج رطوبت موجود در هوا، آب آشامیدنی مورد نیاز را تامین نمود یا خیر؟
ظاهرا جمعی از پژوهشگران بر این باورند که چنین امکانی وجود دارد و به همین خاطر تصمیم گرفته اند که این روش را عملیاتی سازی نمایند. آنها برای این منظور مطالعه ای را انجام داده اند که نشان می دهد دستگاه های استخراج رطوبت هوا حتی در شرایط جوی بیابانی هم می توانند کار کنند و برای این منظور قادرند انرژی مورد نیاز خود را صرفا از نور خورشید دریافت کنند.
اگر با یک لیوان آب یخ درون باغی نشسته باشید و هوای تابستان هم گرم و مرطوب باشد، آنگاه متوجه خواهید شد تعدادی قطره آب حول فضای خارجی لیوان شکل گرفته اند.
در واقع تبخیر کننده هایی که در سیاره Tatooine هم مورد استفاده قرار می گرفتند احتمالا مکانیزمی اینچنینی دارند. با خنک شدن هوای گرم، فرایندی به نام چگالش رخ می دهد و پس از این مرحله می توان آب به دست آمده را جمع آوری کرد. وقتی هوای مرطوب و گرم خنک می شود ظرفیت خود برای حفظ محتوای آبی اش را از دست می دهد و این زمان است که شاهد شکل گیری باران خواهیم بود.
هوا به صورت طبیعی بخار آب را در خود دارد و هرچه گرم تر باشد، سطح رطوبت آن نیز بالاتر است و در نتیجه بخار آب بیشتری را می تواند در خود حمل نماید.
بنابراین تکنولوژی مورد استفاده برای ایجاد آب از هوا بیشتر برای شرایط جوی گرم و البته مرطوب مناسب است.
در رطوبت صد در صدی، هوای چهل درجه در برگیرنده 51 میلی لیتر آب در هر متر مکعب است. حال در همین رطوبت اما دمای 10 درجه، هوا تنها حاوی 9.3 میلی لیتر آب است.
اگر هوا را از 40 درجه سانتی گراد به ده درجه برسانیم آنگاه قادر خواهیم بود که میزان اختلاف آب را از آن استخراح کنیم که در واقع برابر با 41.7 میلی لیتر برای هر متر مکعب هواست.
تحت این شرایط و به لطف تکنولوژی های موجود می توان در هر ساعت 147 لیتر آب را با صرف انرژی مورد نیاز برای گرم کردن محتویات 18 کتری، به دست آورد.
در رطوبت های کمتر اما، مثلا نظیر آنچه در بیابان شاهدش هستیم، آب کمتری در هوا وجود دارد و در نتیجه سیستم بهره وری کمتری خواهد داشت.
لذا ضروری است که هوای بیشتری را خنک نمایید تا همان میزان آب را بدست آورید و این کار نیز مستلزم صرف انرژی بیشتر است.
به همین خاطر انتظار می رود تکنولوژی های مورد نیاز برای این کار در کشورهایی که با کمبود آب روبرو هستند گران تر از حدل معمول تمام شود و در نتیجه آنچه نیاز دارید، روشی مقرون به صرفه برای جمع کردن بخار آب است.
راحت ترین راه برای استخراج آب از هوا استفاده از تکنولوژی غیرفعالی است که سطحی خنک را برای تغلیط شدن بخار یا خود آب در خود داشته باشد. در نظر داشته باشید که نوع مواد مورد نیاز برای این منظور و همچنین کیفیت آنها نقشی کلیدی را در بالابردن میزان آب دریافتی از هوا دارد.
برای مثال، کشاورزان اهل شیلی ازنوعی سطح مشبک فولادی برای این منظور استفاده می کنند. اما دانشمندان نشان داده اند که با استفاده از پوششی خاص روی این سطوح که قابلیت جذب مولکول های آب را هم داشته باشد می توان بهره وری چنین سیستم هایی را به میزان قابل توجهی بالا برد.
خنک سازی فعال
در این بخش لازم است اشاره ای به تکنولوژی های خنک کننده فعال داشته باشیم که چرخه خنک سازی موجود در سیستم های تهویه هوای منزل و یخچال ها نیز جزو این دسته هستند. علاوه بر این می توان از خنک کننده های ترموالکتریک حالت جامد بهره گرفت که اثری به نام اثر را ایجاد میکنند.
در سال 1834 میلادی، Jean-Charles-Athanase Peltier فیزیکدان فرانسوی شاهد پدیده ای جالب بود. او دریافت که اگر جریان را از مس به سیم های فلزی بیسموت عبور دهید، در نقطه ای که جریان از مس به بیسموت منتقل می شود، افزایش، و در نقطه ای که از بیسموت به مس انتقال می یابد شاهد کاهش دما خواهیم بود.
این یعنی با صرف انرژی الکتریکی و بدون نیاز به مایع یا قطعات متحرک در سیستم می توان اثرخنک کنندگی ایجاد کرد.
اما دانشمندان موسسه تکنولوژی ماساچوست (MIT) حالا تکنولوژی جدید دیگری را عرضه کرده اند که ظاهرا بهره وری آن بیشتر از حد یاد شده خواهد بود. این تکنولوژی که ساختاری موسوم به چهارچوب های فلز طبیعی تغذیه کننده از نور خورشید را در خود دارد، از نوعی شبکه فلزی و همچنین مولکول های طبیعی استفاده می کند که می توانند به راحتی بخار آب را درون خود به دام بیاندازند و سپس با استفاده از گرمای به دست آمده از خورشید، این بخار را به صورت مایع در بیاورند.
گفته شده که یک کیلوگرم از این ماده می تواند روزانه در محیط هایی با سطح رطوبت 20 درصد حدود 2.8 لیتر آب از هوای محیط استخراج کند و برای این منظور نیز به هیچگونه منبع برق خارجی نیاز ندارد.
به همین خاطر تکنولوژی ارائه شده از سوی دانشمندان MIT امیدهای تازه ای را برای استخراج آب در محیط های خشک و بی آب جهان به وجود آورده است.
راهکار جایگزین دیگر استفاده از سیستم های خنک کننده مرسوم است که البته باید با هزینه کمتری عملیاتی گردد. اخیرا جمعی از پژوهشگران با استفاده از یخچال ها و فریزرهای قدیمی و البته قطعات دیگری نظیر فن های کامپیوتری دست دوم و شارژر موبایل نوعی سیستم استخراج آب از هوا را طراحی کرده اند که کاملا کابردی و عملیاتی است.
آنها امیدوارند که با این دست آزمایشات سیستم های ارزان قیمتی را برای کشورهای در حال توسعه بسازند و همزمان از حجم پسماندها در کشورهای توسعه یافته نیز بکاهند (خصوصا زمانی که از پنل های خورشیدی برای تامین انرژی آن سیستم ها استفاده می گردد).
انتظار می رود در آینده نزدیک، دانشمندان بتوانند با استفاده از پوشش های خاص، سطوحی غیرچسبنده را برای ایجاد قطرات آب از هوا تهیه نمایند و از این طریق بهره وری سیستم هایشان را نیز بالا ببرند.
اما بعد از مساله تامین آب آشامیدنی مورد نیاز برای جمعیت رو به رشد زمین، نوبت به چالش دیگری تحت عنوان آلودگی آب می رسد. در بخش هایی از جهان ممکن است برای حفظ ایمنی و بهداشت آب، به فیلترها و مواد خاصی برای پاکسازی آن نیاز باشد.
با این همه، تکنولوژی های استخراح و تصفیه آب مرتبا پیشرفته تر می شوند و کسی چه می داند، چه بسا در آینده دیگر نیازی نباشد به سیاره Tatooine سفر کنیم تا دستگاه های پیشرفته آنها برای تهیه آب را ببینیم.
The post appeared first on .
آخرین دیدگاه‌ها