طوّر باحثون من جامعة كامبريدج جهازا عائما يعمل بالطاقة الشمسية يمكنه تحويل المياه الملوثة أو مياه البحر إلى وقود هيدروجيني نظيف ومياه نقية في أي مكان في العالم.
وذكرت صحيفة إندبندنت البريطانية أن الجهاز قد يكون مفيدا في الأماكن ذات الموارد المحدودة لتلبية احتياجاتها من موارد المياه والطاقة.
وبحسب البيان الصادر من الجامعة فإن التقديرات تشير إلى أن نحو ملياري شخص في العالم يفتقرون إلى مياه الشرب النظيفة، كما يعيش نحو 775 مليونا من سكان المعمورة دون كهرباء.
وأضاف أن العلماء يتوقعون أن يعمل هذا الجهاز على تغيير قواعد اللعبة في معالجة أزمات المياه والطاقة المتفاقمة في جميع أنحاء العالم.
آلية العمل
يقول بيان جامعة كامبردج إن الجهاز مستوحى من عملية التمثيل الضوئي التي تحول النباتات من خلالها ضوء الشمس إلى غذاء، وهي تقنية متداولة في السابق، إلا أن ما يميز الجهاز الجديد قدرته على إنتاج الطاقة من مصادر المياه الملوثة أو مياه البحر وتحويلها إلى مياه صالحة للشرب.
وكان الباحثون قاموا بإيداع محفز ضوئي على شبكة كربونية ذات بنية نانوية، وهي بنية تمتص الضوء والحرارة بشكل جيد، وتولد بخار الماء الذي يستخدمه المحفز الضوئي لإنتاج الهيدروجين.
وقال المعد الرئيسي للدراسة الدكتور تشانون بورنونغروغ من قسم الكيمياء في جامعة كامبردج: إن الجمع بين إنتاج الوقود الشمسي وتنقية المياه في جهاز واحد أمر صعب، إلا أن الاختبارات أظهرت قدرة الجهاز على فصل ذرة الماء بواسطة الطاقة الشمسية إلى هيدروجين وأكسجين.
ويوصي العلماء عند تشغيل الجهاز بستخدام مياه نقية وغير ملوثة، وذلك في بداية العمل فقط، إذ يمكن للمواد الملوثة أن تعبث بإعدادات المحفز أو أن يتسبب بتفاعلات كيميائية جانبية غير مرغوب فيها، وهو ما يمكن تجنبه من خلال الاستعانة بمياه نقية في البداية.
مكوناته
وعن مكونات وعمل الجهاز الجديد يقول بيان الجامعة: إنهم قاموا بتزويده بشبكة كربونية مسامية تعمل على تنقية المياه، كما استخدم الفريق طبقة بيضاء ماصة للأشعة فوق البنفسجية أعلى الجهاز العائم وذلك لإنتاج الهيدروجين عن طريق فصل ذرات الماء كما هو معرف، وينتقل باقي الضوء الموجود في الطيف الشمسي إلى الجزء السفلي من الجهاز، مما يؤدي إلى تبخر الماء، وذلك للاستفادة منه في إنتاج الهيدروجين.
وفي هذا الصدد يقول المعد الرئيسي المشارك أريفين محمد أنور: “إن العملية المعتمدة على الضوء لصنع الوقود الشمسي تستخدم فقط جزءا صغيرا من الطيف الشمسي، ويتبقى قدر كبير من الطيف غير مستخدم”.
معالجة أزمات الطاقة والمياه
يقول البيان الصادر من جامعة كامبردج: إن الجهاز الجديد يمكن أن يساعد في معالجة أزمات الطاقة والمياه التي تواجه أجزاء كثيرة من العالم.
وحسب تجارب أجراها الباحثون في نهر كامب في وسط كامبرج، فإن الجهاز قادر على إنتاج مياه نظيفة من المياه شديدة التلوث، ومن مياه البحر.
ومن ناحية أخرى، تشير الكثير من الإحصائيات إلى أن تلوث الهواء الداخلي الناجم عن الطهي باستخدام أنواع الوقود مثل الكيروسين، تتسبب بأكثر من ثلاثة ملايين حالة وفاة سنويا، ويمكن للهيدروجين الأخضر أن يكون بديلا أكثر أمانا.
ويقول المعد الرئيسي المشارك في الدراسة أنور: “إن هذا الجهاز يمكن استخدامه في المناطق النائية أو النامية، حيث تكون المياه النظيفة نادرة نسبياً والبنية التحتية اللازمة لتنقية المياه ليست متاحة بسهولة، كما يكون إنتاج الهيدروجين صعبا للغاية، وبالتالي فإن الجهاز يحل مشكلتين في وقت واحد: يمكنه تقسيم المياه لإنتاج وقود نظيف، كما يمكنه إنتاج مياه شرب نظيفة”.