هل تريد أن تغلي الماء؟ تناول بعضاً من الفقاعات البلاستيكية

ترجمة: عبدالله محروس.

يقول فريقٌ بحثيٌ يتضمن خريج معهد ماساتشوستس للتقنية جورج ني والأستاذ المحاضر جانج تشين أنك إذا أردت أن تغلي الماء فدعك من إبريق الشاي والتقط بعضاً من الفقاعات البلاستيكية. حيث يصف ني وشركاؤه في تأليف ورقتهم البحثية الجديدة المنشورة في دورية نايتشر للطاقة تصميمهم منخفض المستوى تقنياً، وهو “مولدٌ شمسيٌ للبخار” قادرٌ على غلي الماء وتوليد البخار بواسطة أشعة الشمس المحيطة بدون استخدام المرايا أو عدساتٍ غالية الثمن لتركيز أشعة الشمس.

يعتمد تصميمهم على هيكلٍ سابقٍ ممتصٍ للأشعة الشمسية طوره فريقهم في عام 2014مـ، والذي يشتمل على مادةٍ طافيةٍ شبيهةٍ بالإسفنج مصنوعةٍ من الجرافيت ورغوة الكربون. وفي هذا التصميم السابق، تمكن الباحثون من تحويل 85 في المئة من أشعة الشمس القادمة إلى بخارٍ. وتعني كفاءة التحويل هذه أنهم اضطروا إلى استخدام ضوء شمسٍ اصطناعيٍ تبلغ شدته عشر أضعاف ضوء الشمس الذي تجده بالخارج لأجل توليد ما يكفي من البخار.

كان التحدي الرئيسي عند هذه الخطوة في عملية التصميم أن المادة الشبيهة بالإسفنج كانت تمتص ضوء الشمس بشكلٍ جيدٍ ولكنها كانت تشع الحرارة مرةً أخرى في البيئة المحيطة. ولهذا، بدأ الفريق في البحث عن طرقٍ لتقليل فقدان الحرارة من نظامهم.

قاموا بعدها بقليلٍ بالاتفاق على استخدام رقاقةٍ نحاسيةٍ رفيعةٍ مطليةٍ بمادةٍ ماصةٍ ذات طيف انتقائي، والتي تستطيع أن تمتص ضوء الشمس وتحبس الحرارة. ولقد اخْتير النحاس لقدرته على توصيل الحرارة. حيث حدت الرقاقة من كمية الحرارة التي تُشَعْ إلى الخارج في البيئة عندما استخدمت مع مادةٍ ماصةٍ شبيهةٍ بالمعدن ذات غشاءٍ أزرق رفيعٍ. ولكن الهيكل لم يوقف هروب الحرارة من النظام عن طريق الحمل الحراري عندما يمر الهواء فوق السطح.

يقول تشين أن قال عند هذه النقطة: “ظللت أسأل نفسي، هل نستطيع فعلياً أن نغلي الماء فوق سطح مبنى في ظروفٍ عاديةٍ وبدون تركيز أشعة الشمس بصرياً؟” وأتى الإلهام بعدها بقليل من مصدرٍ غير متوقعٍ، حيث كانت ابنة تشين ذات الستة عشر عاماً في ذلك الوقت تصنع بيتاً زجاجياً (أو الدفيئة) كمشروعٍ لمعرض العلوم، وذلك باستخدام مواد بسيطةٍ تتضمن فقاعاتٍ بلاستيكيةً، قال تشين أن ابنته “كانت قادرةً على تسخين البيت الزجاجي حتي 160 درجة فهرنهايت في الشتاء!”

بعد ذلك اقترح تشين على ني أن يستخدموا هذه المادة الرخيصة وشائعة الوفرة لكي يحبسوا الحرارة من الشمس في فقاعتها العازلة. ويقول ني: “لقد كنت مرتاباً بشأن هذه الفكرة في البداية، فلم أكن اعتقد أنها مادةٌ ذات أداءٍ عالٍ، ولكننا جربنا فقاعاتٍ بلاستيكيةٍ أوضح مع فقاعاتٍ أكبر للحصول على تأثيرٍ حابسٍ للهواء، فاتضح أنها تعمل. والآن لم نَعُد بحاجةٍ إلى المرايا لتركيز أشعة الشمس بفضل هذه الفقاعات البلاستيكية.”

يتكون التصميم الجديد عند هذه النقطة من:

  • مادةٌ شبيهةٌ بالإسفنج مصنوعةٍ باستخدام الجرافيت والكربون.
  • غشاءٌ أزرقٌ، رقيقٌ، شبيهٌ بالمعدن، والذي يُستخدم بشكلٍ شائعٍ في سخانات المياه التي تعمل بالطاقة الشمسية ويستطيع أن يمتص أشعة الشمس وأن يحبس الحرارة.
  • فقاعاتٌ بلاستيكيةٌ من النوع الواضح وذات فقاعاتٍ كبيرةٍ.

بعد حفر فجوةٍ واحدةٍ في الهيكل ووضع النظام في الماء، وجد الباحثون أن الماء سيرتفع في الدعامة ليتم تسخينه إلى بخارٍ. في الحقيقة، وجد الباحثون أن تصميمهم الجديد سيعمل على تسخين الماء حتى 100 درجة مئويةٍ “حتى في الأيام الباردة نسبياً والملبدة بالغيوم.”

يأمل الباحثون أن يستخدم هذا التصميم المنخفض المستوى تقنياً لتوفير خياراتٍ غير مكلفةٍ لتطبيقات متنوعة تتراوح بين تلك واسعة النطاق (مثل: تحلية المياه ومعالجة مياه الصرف الصحي) وبين التطبيقات الأصغر (مثل تسخين المياه في المناطق السكنية).

المصدر (scientificamerican)

معهد ماساتشوستس للتقنية (MIT)
جورج ني (George Ni)
جانج تشين (Gang Chen)
دورية نايتشر للطاقة (Nature Energy)
بيت زجاجي (greenhouse)

Comments are closed.