ماذا عن كفاءة تحلية مياه البحر؟ الكثير من الماء بسعر منخفض

الحصول على مياه شرب نظيفة وآمنة هو حاجة للأسف لم يتم تلبيتها بشكل جيد في أجزاء كثيرة من العالم. ستكون تحلية مياه البحر ذات فائدة كبيرة في العديد من مناطق العالم ، إذا توفرت ، بالطبع ، طرقًا تتسم بالكفاءة الكافية وضمن الاقتصاد المعقول.

أمل جديد لتطوير فعالة من حيث التكلفة طرق الحصول على المياه العذبة عن طريق إزالة ملح البحر ظهر العام الماضي عندما أبلغ الباحثون عن نتائج الدراسات باستخدام نوع المادة هيكل عظمي عضوي (وزارة المالية) لترشيح مياه البحر. قال الباحثون إن الطريقة الجديدة ، التي طورها فريق في جامعة موناش الأسترالية ، تتطلب طاقة أقل بكثير من الطرق الأخرى.

الهياكل العظمية المعدنية العضوية هي مواد مسامية للغاية وذات مساحة سطح كبيرة. تعتبر أسطح العمل الكبيرة الملفوفة في أحجام صغيرة رائعة للترشيح ، أي التقاط الجسيمات والجسيمات في السائل (1). النوع الجديد من MOF يسمى PSP-MIL-53 تستخدم في حبس الملح والملوثات في مياه البحر. عند وضعه في الماء ، فإنه يحتفظ بشكل انتقائي بالأيونات والشوائب على سطحه. في غضون 30 دقيقة ، كان MOF قادرًا على تقليل إجمالي المواد الصلبة الذائبة (TDS) من الماء من 2,233 جزء في المليون (جزء في المليون) إلى أقل من 500 جزء في المليون. من الواضح أن هذا أقل من عتبة 600 جزء في المليون التي أوصت بها منظمة الصحة العالمية لمياه الشرب الآمنة.

1. تصور عمل الغشاء المعدني العضوي أثناء تحلية مياه البحر.

باستخدام هذه التقنية ، تمكن الباحثون من إنتاج ما يصل إلى 139,5 لترًا من المياه العذبة لكل كيلوغرام من مادة الأطر العضوية المعدنية يوميًا. بمجرد "امتلاء" شبكة MOF بالجسيمات ، يمكن تنظيفها بسرعة وسهولة لإعادة استخدامها. للقيام بذلك ، يتم وضعه في ضوء الشمس ، مما يؤدي إلى إطلاق الأملاح المحبوسة في غضون أربع دقائق فقط.

"عمليات التحلية الحرارية بالتبخير كثيفة الطاقة ، في حين أن التقنيات الأخرى مثل التناضح العكسي (2) ، لديهم العديد من العيوب ، بما في ذلك الاستهلاك العالي للطاقة والمواد الكيميائية لتنظيف الأغشية وإزالة الكلور ، "يوضح Huanting Wang ، رئيس فريق البحث في Monash. "ضوء الشمس هو مصدر الطاقة الأكثر وفرة ومتجددًا على وجه الأرض. توفر عملية التحلية الجديدة القائمة على الممتزات واستخدام ضوء الشمس للتجديد حلاً لتحلية المياه موفرًا للطاقة وصديقًا للبيئة ".

2. نظام تحلية مياه البحر بالتناضح في المملكة العربية السعودية.

من الجرافين إلى الكيمياء الذكية

في السنوات الأخيرة ، ظهرت العديد من الأفكار الجديدة ل تحلية مياه البحر الموفرة للطاقة. "الفني الشاب" يراقب عن كثب تطور هذه التقنيات.

كتبنا ، من بين أمور أخرى ، عن فكرة الأمريكيين في جامعة أوستن والألمان في جامعة ماربورغ ، والتي لاستخدام شريحة صغيرة من مادة يتدفق من خلالها تيار كهربائي بجهد ضئيل (0,3 فولت). في المياه المالحة التي تتدفق داخل قناة الجهاز ، يتم معادلة وتشكيل أيونات الكلور جزئيًا الحقل الكهربائيكما في الخلايا الكيميائية. التأثير هو أن الملح يتدفق في اتجاه واحد والمياه العذبة في الاتجاه الآخر. يحدث العزلة مياه عذبة.

أنشأ علماء بريطانيون من جامعة مانشستر ، بقيادة راهول نايري ، غربالًا يعتمد على الجرافين في عام 2017 لإزالة الملح من مياه البحر بشكل فعال.

في دراسة نُشرت في مجلة Nature Nanotechnology ، جادل العلماء بأنه يمكن استخدامها لإنشاء أغشية لتحلية المياه. أكسيد الجرافين، بدلاً من الجرافين النقي الذي يصعب العثور عليه والمكلف. يحتاج الجرافين ذو الطبقة الواحدة إلى الحفر في ثقوب صغيرة لجعله قابلاً للاختراق. إذا كان حجم الثقب أكبر من 1 نانومتر ، فإن الأملاح ستمر بحرية عبر الثقب ، لذلك يجب أن تكون الثقوب المراد حفرها أصغر. في الوقت نفسه ، أظهرت الدراسات أن أغشية أكسيد الجرافين تزيد السماكة والمسامية عند غمرها في الماء. فريق الطبيب. أظهر نايري أن طلاء الغشاء بأكسيد الجرافين بطبقة إضافية من راتنجات الايبوكسي يزيد من فعالية الحاجز. يمكن لجزيئات الماء أن تمر عبر الغشاء ، لكن كلوريد الصوديوم لا يمكنه ذلك.

طورت مجموعة من الباحثين السعوديين جهازًا يعتقدون أنه سيحول بشكل فعال محطة توليد الكهرباء من "مستهلك" للمياه إلى "منتج للمياه العذبة". نشر العلماء ورقة تصف هذا في Nature قبل بضع سنوات. تكنولوجيا الطاقة الشمسية الجديدةالتي يمكنها تحلية المياه وإنتاجها في نفس الوقت كهرباء.

في النموذج الأولي المبني ، قام العلماء بتركيب صانع مائي في الخلف. البطاريات الشمسية. في ضوء الشمس ، تولد الخلية الكهرباء وتطلق الحرارة. بدلاً من فقدان هذه الحرارة في الغلاف الجوي ، يوجه الجهاز هذه الطاقة إلى محطة تستخدم الحرارة كمصدر للطاقة لعملية تحلية المياه.

أدخل الباحثون الماء المالح والماء المحتوي على شوائب معادن ثقيلة مثل الرصاص والنحاس والمغنيسيوم في جهاز التقطير. قام الجهاز بتحويل الماء إلى بخار ، ثم يمر عبر غشاء بلاستيكي يقوم بترشيح الملح والحطام. نتيجة هذه العملية مياه شرب نقية تلبي معايير السلامة لمنظمة الصحة العالمية. قال العلماء إن النموذج الأولي ، الذي يبلغ عرضه حوالي متر ، يمكن أن ينتج 1,7 لترًا من المياه النظيفة في الساعة. المكان المثالي لمثل هذا الجهاز هو المناخ الجاف أو شبه الجاف ، بالقرب من مصدر المياه.

اقترح Guihua Yu ، عالم المواد في جامعة ولاية أوستن ، تكساس ، وزملاؤه في عام 2019 ترشيح الهلاميات المائية لمياه البحر بشكل فعال, يمزج البوليمرالتي تخلق بنية مسامية ممتصة للماء. ابتكر يو وزملاؤه إسفنجة هلامية من بوليمرين: أحدهما عبارة عن بوليمر مرتبط بالماء يسمى كحول البولي فينيل (PVA) والآخر ماص للضوء يسمى بولي بيرول (PPy). قاموا بمزج بوليمر ثالث يسمى الشيتوزان ، والذي له أيضًا انجذاب قوي للماء. أفاد العلماء في Science Advances أنهم حققوا إنتاجًا من المياه النقية قدره 3,6 لترًا في الساعة لكل متر مربع من سطح الخلية ، وهو أعلى معدل تم تسجيله على الإطلاق وأفضل بنحو اثني عشر مرة مما يتم إنتاجه اليوم في الإصدارات التجارية.

على الرغم من حماسة العلماء ، لم يسمع أن الأساليب الجديدة فائقة الكفاءة والاقتصاد لتحلية المياه باستخدام مواد جديدة سوف تجد تطبيقات تجارية أوسع. حتى يحدث ذلك ، كن حذرا.