الماء هو مصدر الحياة وأساس بقاء كل شيء في العالم. وعلى الرغم من أن التغطية المائية تتجاوز 70% من مساحة الأرض التي نعيش عليها، إلا أن موارد المياه العذبة أقل من 3%. توزيع هذه المياه العذبة متفاوت للغاية. وهي موجودة في البحيرات والأنهار والجليد تحت الأرض وفي القطب الجنوبي. ويتبقى أقل من 1% من المياه العذبة المتاحة للاستهلاك البشري.
وبالإضافة إلى ذلك، وبسبب سلسلة من المشاكل مثل التلوث البيئي والنمو السكاني، فإن النقص العالمي في موارد المياه العذبة سوف يصبح أكثر حدة في المستقبل. ولذلك فإن حل مشكلة ندرة موارد المياه العذبة يمثل أولوية قصوى.
في 13 سبتمبر 2023، نشر العلماء الصينيون مقالًا عن مواد التحويل الحرارية الضوئية الجديدة في مجلة "الطبيعة". ومن المتوقع أن يؤدي ظهور هذه المادة إلى جلب تدفق مستمر من موارد المياه العذبة للبشرية وضمان إمدادات آمنة وكافية من المياه العذبة!
مصدر الصورة: مجلة الطبيعة.
إعداد ومبادئ المواد الجديدة
الطاقة الشمسية هي أحد مصادر الطاقة المتجددة التي تستخدم على نطاق واسع للتدفئة وتخزين الطاقة.لقد تم اقتراح تقنية تبخر المياه البينية التي تعمل بالطاقة الشمسية منذ ما يقرب من عشر سنوات. أي أنه يتم امتصاص الطاقة الشمسية وتحويلها إلى طاقة حرارية، مما يعزز تبخر جزيئات الماء إلى بخار ماء. يتم جمع بخار الماء واستخدامه للمعالجة اللاحقة. ولهذه التكنولوجيا آفاق تطبيق واسعة في مجال تحلية مياه البحر لإنتاج مياه عذبة نظيفة. إن استخدام الطاقة الشمسية يمكن أن يخفف من استهلاك الطاقة الأحفورية وسلسلة من مشاكل التلوث البيئي.
جوهر هذه التكنولوجيا هو كيفية تحسين كفاءة تحويل الطاقة الحرارية الشمسية. إن مادة التحويل الحرارية الضوئية الجديدة عالية الكفاءة التي طورها العلماء الصينيون حديثًا تجلب الأمل في الاستخدام الواسع النطاق لهذه التكنولوجيا!
وانطلاقاً من طبيعة توليد الحرارة الناتجة عن التفاعل بين ضوء الشمس والمادة، استخدم العلماء الكيمياء والفيزياء والحسابات والتجارب الأخرى ذات الصلة لاكتشاف وجود بنية ثنائية Ti-Ti في تحت أكسيد التيتانيوم (TinO2n-1). سيحد هذا الهيكل من نطاق توزيع حركة الإلكترون ثلاثية الأبعاد للهيكل الإلكتروني خارج نواة ذرة Ti، مما يؤدي إلى توطين الإلكترونات في الفضاء الحقيقي وإدخال حالات إلكترونية مسطحة النطاق بالقرب من مستوى فيرمي، مما يؤدي إلى تعزيز كثافة الحالة المشتركة للتحولات الإلكترونية.
وبناء على المبادئ المذكورة أعلاه، تبين من خلال مزيد من التجارب أنباعتبارها مادة من تحت أكسيد التيتانيوم، فإن π-Ti3O5 لديها قدرة امتصاص تزيد عن 95% من ضوء الشمس.
أطياف الانعكاس والبنية الإلكترونية. مصدر الصورة: مرجع [1]
استخدم العلماء أيضًا مواد α-Ti3O5 وكحول البولي فينيل لمعالجة المبخرات. من أجل تحسين كفاءة تبخر الماء، تم تصميم المبخر في هيكل متصل مسامي ثلاثي الأبعاد.
وقد وجدت التجارب أنه في ظل ظروف ضوء الشمس (1 كيلو وات-2)، من خلال هذا الجهاز، يمكن أن تصل كمية الماء المتبخر في الساعة إلى 6.09 كجم/م2، وهو أسرع مستوى لتبخر الماء يتم تحقيقه حاليًا بواسطة تقنية تبخر الماء البينية التي تعمل بالطاقة الشمسية. كما استخدم العلماء هذه المعدات في تجارب تحلية مياه البحر، ويمكن أن تصل كمية المياه العذبة المجمعة يوميًا إلى 23 لترًا مربّعًا.
يمكن ملاحظة أنه إذا تم وضع هذه المعدات في مجال تحلية مياه البحر، فيمكن تحقيق تحضير المياه العذبة على نطاق واسع، الأمر الذي سيحل بشكل كبير مشكلة نقص موارد المياه العذبة ويجلب أفكارًا جديدة لمعالجة تنقية مياه الصرف الصحي ومياه الصرف الصحي.
رسم تخطيطي لعمل مبخر هيكلي مسامي ثلاثي الأبعاد (أ. جهاز تحلية مياه البحر الخارجي؛ ب. التغيرات في الطاقة الشمسية، ومعدل تجميع المياه العذبة، والكمية الإجمالية للمياه العذبة المجمعة مع مرور الوقت؛ ج. التغيرات في درجة الحرارة والرطوبة مع مرور الوقت؛ د. المتوسط اليومي لتدفق الضوء ومعدل تجميع المياه العذبة). مصدر الصورة: مرجع [1]
ماذا يمكننا أن نفعل بشأن حماية المياه العذبة؟
إن اكتشاف مواد جديدة يجعلنا لا نخشى عدم توفر مياه للشرب في المستقبل. ومع ذلك، يجب علينا أيضًا توفير المياه وزيادة وعينا بحماية موارد المياه العذبة.
بداية، قامت الحكومة تباعا بإصدار وتحسين القوانين والأنظمة المتعلقة بحماية موارد المياه العذبة، وتقييدها من خلال القوانين، وتذكير الجميع بأهمية حماية المياه العذبة.زيادة الدعاية للسياسات المتعلقة بحماية المياه العذبة ورفع وعي الجميع بالمحافظة على المياه. وفي الوقت نفسه، الاستخدام الأمثل للمياه العذبة في الزراعة والصناعة وتحسين معدل الاستفادة من المياه العذبة.
في الحياة، يجب على كل واحد منا أن يهتم بتوفير المياه، وفي الوقت نفسه،احرص على عدم رمي النفايات والمواد الكيميائية والأدوية وما إلى ذلك في المجاري، مما قد يتسبب بسهولة في تلوث المياه العذبة.
دعونا نعمل معًا لحماية موارد المياه العذبة، واستخدام المياه بشكل رشيد، ولا ندع آخر قطرة ماء على الأرض تصبح دموعنا!
مراجع
[1] يانغ، ب.، تشانغ، زد، ليو، ب. وآخرون. Flatbandπ-Ti3O5 نحو إنشاء فريق طاقة شمسية استثنائي. الطبيعة (2023).
[2] لي شيويه تشين. المجمع الشمسي الجديد وتطبيقه في تحلية مياه البحر [J]. الآلات العامة، 2012. DOI: CNKI: SUN: TYJS.0.2012-03-037.
[3] شيه ليكسين، لي بينجلي، وانغ شيتشانغ. الوضع الحالي لتقنية تحلية مياه البحر ومراجعة طرق التحلية المختلفة [J]. التقدم في الصناعة الكيميائية، 2003، 22(10): 4. DOI: 10.3321/j.issn: 1000-6613.2003.10.011.
[4] لو تشو. آفاق الحفاظ على المياه وتجديد الموارد المائية وتكنولوجيا إعادة استخدامها [J]. تكنولوجيا تنقية المياه، 2002(S1):5.DOI:CNKI:SUN:ZSJS.0.2002-S1-013.