علوم القطيف مقالات علمية في شتى المجالات العلمية
Stay hydrated any place, any time: Chinese scientists develop a low-cost sponge that can suck water from air
(بقلم:شانق تونق – Zhang Tong)
لن تعطش بعد اليوم ، كنت في الغابة أو الصحراء ، في الليل أو النهار ، في الصيف او في الشتاء ، العلماء الصينيون يطورون إسفنجة منخفضة التكلفة يمكنها امتصاص الماء من الهواء.
يستطيع كيلوجرام واحد من مادة عالية التقنية أن ينتج 2.5 كجم من الماء في اليوم ، وهو ما يكفي لاحتياجات الشخص البالغ. وهي تقنية بسيطة ومعقولة التكلفة لجمع المياه في المناطق الجافة.
طور علماء من الصين مادة بسيطة (إسفنجة) عالية الأداء تستطيع توفير إمدادات لا نهاية لها من مياه الشرب.
يمكن استخدام المادة الإسفنجية هذه لتجميع المياه من الغلاف الجوي من أي مكان وفي أي وقت.
مع إمتلاك كيلوجرام واحد من هذه المادة عالية التقنية “الهيدروجيل” (LCP Hydrogel) ووعاء (أي وعاء) يمكن توليد 2.56 كيلوجرام من المياه الصالحة للشرب ، وهذه الكمية تكفي على الأقل الحد الأدنى لمتطلبات الفرد من المياه في اليوم. ويبلغ سعر الكيلو لهذه المادة التي تحتوي على نسيج شبيه بالإسفنج بمبلغ 2.8 دولارا فقط.
قام “تيان يي” الأستاذ المشارك بجامعة نورث ايسترن في لياونينغ بالصين بالإشراف على هذا البحث الذي نشر في مجلة علمية محكمة (ACS Applied Materials & Interfaces). واستخدم الدكتور تيان وفريقه طريقة جديدة لتصنيع مادة الهيدروجيل شديدة النفاذية بشكل مبسط.
تقول ليو تونج أحد أعضاء الفريق: إن هذا الإكتشاف تم بالصدفة ، وأضافت: “كنت أحاول استبدال كلوريد الكالسيوم (CaCl2) بكلوريد الليثيوم (LiCl) في تحضير الهيدروجيل ومعرفة ما يحدث. اتضح أن قطرات كلوريد الليثيوم داخل الهيدروجيل تظل غير مجمدة تحت 70 درجة مئوية تحت الصفر. وعندما يتم وضع هذه القطرات في نظام فراغ ، تنفجر الفقاعات داخل القطرات وتشكل بنية كبيرة من الهياكل المسامية يسهل اختراقها.
ومع المزيد من التجارب أثبتت هذه الهياكل المسامية أنها فعالة في امتصاص الماء. وما زالت الدراسة قائمة للحد من تكوين طبقة خارجية (قشرة) على مادة الهيدروجيل تمنع عملية إمتصاص الماء.
إن نسيج المادة المبتكرة هذه تمتلك مساحات بنيوية كبيرة تسمح بالإتصال الفعال بين الهواء والطبقة الداخلية لهذه المادة وهذا يساعد على أداء أعلى لإمتصاص الماء من الهواء.
وكما جاء في الورقة البحثية ، أن هذه المادة تمتص 200% من وزنها من الماء خلال الليل وفي حوالي 90% من الرطوبة النسبية للهواء ، وهي ذاتها تستطيع إمتصاص 433% من وزنها اذا ما وضعت في الماء. كلا النتيجتين: تركها في الهواء الرطب او غمسها في الماء هي أعلى بكثير من أي منتج معروف. وتؤكد السيدة ليو قائلة: هذه التقنية الجديدة هي بالفعل طريقة بسيطة ومعقولة التكاليف لجمع الماء في المناطق الجافة.
يمكن وضع هذه المادة (الهيدروجيل) في الخارج ليلا ، ونقلها الى وعاء مغلق أثناء النهار ، فيتبخر الماء المحبوس داخل المادة بسرعة خاصة اذا إرتفعت الحرارة ولامست الـ 50 درجة مئوية تحت أشعة الشمس أو بمساعدة عدسة ، حينها تتكثف أبخرة الماء على جدران الوعاء ويتدفق الماء الى قاع الوعاء.
وكلما زادت الحرارة تدفق الماء من المادة (الإسفنجة) بسرعة. ويقول الباحثون أن تجميع أكثر من 2 كيلوجرام من الماء يحتاج الى ثلاث دورات سحب في اليوم من نفس المادة التي تزن واحد كيلوجرام.
كما أن أي تعديل على جدران الوعاء لخفض درجة حرارة جدرانه يسرع في تكثيف بخار الماء ويزيد كمية الماء.
جهاز جمع الماء من هذه المادة بسيط في هيكله ، والماء المجمع في الوعاء يشبه الماء المقطر ، وهو صالح للشرب ، وهذا ما أكدته ورقة البحث. وقد بات ليس من الصعب التوصل الى طرق جديدة وعملية لجمع الماء من الغلاف الجوي في ظل التقنيات الجديدة.
لا شك أن هذا الإبتكار يقدم خدمات للرحالة ولهؤلاء اللذين يمشون لمسافات طويلة في الصحاري او الغابات ، واللذين يحتاجون الى مصادر للماء على طول الطريق ، لكن بوجود هذا الجهاز المبتكر فإن الجميع يجد الماء بين يديه طوال الوقت.
وأضاف “تيان يي” إن هذا الإبتكار بالإضافة لإستخداماته في المناطق النائية ، فإن بالإمكان استخدامه في مجالات أخرى لتطوير المواد الوظيفية والإلكترونيات المرنة وهندسة الأنسجة والتطبيقات الطبية الحيوية وغيرها.
يعتمد هذا الجهاز المبتكر لتجميع الماء من الهواء على الرطوبة النسبية الموجودة في الهواء ، وهي مقياس لكمية الرطوبة القصوى التي يمكن للهواء أن يحملها وتقاس بالنسب المئوية. ويستطيع هذا الجهاز والمادة التي يحويها أن يعمل جيدا في رطوبة نسبية للهواء تصل الى أقل من 20% ، وكلما زادت الرطوبة زادت كمية جمع الماء من الهواء، كما أنه يعمل في جميع أنواع المناخ على سطح الأرض من صباح ممطر في الشتاء أو يوم مشمس في الصيف.
مادة الهيدروجيل (LCP Hydrogel) تتمتع ببنية مسامية عالية وخصائص فيزيائية مستقرة ، يؤهلها الى ثبات أدائها حتى ولو تم ضغطها أو شدها ، فهي تعطي كميات مماثلة من جمع الماء مهما تعرضت هذه المادة لظروف مختلفة.
المصدر: