دانشمندان دانشگاه MIT یک دستگاه اولتراسونیک جدید معرفی کردهاند که میتواند آب پاک را ۴۵ برابر سریعتر از روشهای کنونی از هوا استخراج کند.
به گزارش سرویس فناوری تکناک، این دستگاه جدید که با لرزشهای پربسامد کار میکند، میتواند آینده تأمین آب در مناطق خشک را تغییر دهد.
سامانههای متداول جمعآوری آب از هوا که با عنوان AWH شناخته میشوند، بر پایه موادی کار میکنند که قادر هستند رطوبت موجود در هوا را جذب کنند. این مواد جاذب رطوبت اگرچه در جمعآوری بخار آب بسیار مؤثر هستند، اما در آزادسازی این رطوبت عملکردی کُند و ناکارآمدی دارند.
معمولاً فرایند رهاسازی آب از درون این مواد با استفاده از گرمای خورشید و افزایش دمای سطح انجام میشود؛ روشی که منفعل، زمانبر و وابسته به شرایط آبوهوایی است. به گفته Svetlana Boriskina، پژوهشگر ارشد MIT، مشکل اصلی اینجا است «هر مادهای که آب را خیلی خوب جذب میکند، معمولاً تمایلی به رها کردن آن ندارد» و همین موضوع باعث میشود که استخراج مؤثر آب از هوا هزینهبر و طولانی باشد.
حتماً بخوانید: امکان استخراج آب آشامیدنی از هوا با یک اسفنج جدید
تیم MIT برای حل این چالش، یک راهکار کاملاً متفاوت ارائه کرده است، که رهاسازی آب با کمک امواج اولتراسونیک است. در این شیوه جدید، فرایند حرارتی کُند کنار گذاشته شده و بهجای آن دستگاهی به نام محرک اولتراسونیک بهکار گرفته شده است. این دستگاه از لرزشهای پربسامد استفاده میکند تا پیوندهای میان مولکولهای آب و سطح ماده جاذب را بشکند و آب را بهشکل قطره از آن جدا کند.
امواج اولتراسونیک که فرکانسی بالاتر از ۲۰ هزار هرتز دارند و برای انسان قابل شنیدن نیستند، هنگامی که با فرکانس مناسب تنظیم شوند، قادر هستند به شکل مؤثر مولکولهای آب را از ساختار ماده بیرون بتکانند. Ikra Iftekhar Shuvo، نویسنده اصلی مقاله توضیح داد که این لرزشها باعث میشوند «مولکولهای آب مانند رقصیدن با موج» عمل کنند و انرژی لازم برای جدا شدن آنها فراهم شود. این تمثیل نشان میدهد که هدف تیم MIT گرم کردن ماده نیست، بلکه ایجاد اختلال مکانیکی دقیق برای آزادسازی آب است.
بخوانید: روش جدید استخراج آب از هوا با استفاده از مواد طبیعی
بخش مرکزی دستگاه یک حلقه سرامیکی صاف است که با اعمال ولتاژ، ارتعاشات پربسامد تولید میکند. این حلقه درون یک حلقه بیرونی قرار گرفته است که نازلهای ریز دارد. زمانی که لرزشها مولکولهای آب را آزاد میکنند، قطرات از میان این نازلها عبور میکنند و به ظرفهای جمعآوری هدایت میشوند که در موقعیتهای مختلف تعبیه شدهاند. در آزمایشها، نمونههایی از مواد جاذب رطوبت که به اندازه یک سکه کوچک بودند، تنها در چند دقیقه کاملاً خشک شدند؛ در حالی که همان نمونهها در روش حرارتی ممکن بود تا چند ساعت رطوبت خود را حفظ کنند.
کارآمدی این فناوری در مقایسه با روشهای موجود چشمگیر است. براساس نتایج ثبتشده، دستگاه اولتراسونیک ۴۵ برابر سریعتر از فناوریهای مبتنی بر گرمای خورشید عمل میکند. این مزیت نهتنها سرعت استخراج آب از هوا را افزایش میدهد، بلکه امکان تکرار چندین چرخه جذب و بازیابی آب در یک شبانهروز را فراهم میسازد. این به معنای افزایش محسوس حجم آب تولیدی در هر روز است؛ موضوعی که برای جوامع دچار تنش آبی بسیار حیاتی است.
اگرچه این دستگاه به انرژی الکتریکی نیاز دارد، اما پژوهشگران معتقد هستند که یک سلول خورشیدی کوچک میتواند نیروی لازم را تأمین کند. در این صورت سامانه قادر خواهد بود بهطور خودکار و با پرشدن مواد جاذب رطوبت فعال شود و بدون دخالت انسان چندین بار در طول روز کار کند.
محققان MIT چشمانداز استفاده از این فناوری را در قالب یک سامانه خانگی ترسیم میکنند؛ سامانهای در اندازه یک پنجره که شامل یک لایه جذبکننده رطوبت و یک محرک اولتراسونیک است. چنین سیستمی میتواند در نقاط خشک جهان — از روستاهای دورافتاده گرفته تا مناطق شهری دچار بحران آب — به ابزاری حیاتی برای تأمین آب تبدیل شود.
این نوآوری، بهویژه برای مناطقی که به منابع آب سطحی دسترسی ندارند یا هزینه شیرینسازی آب شور برای آنها بسیار بالا است، میتواند یک نقطهعطف باشد. محققان MIT تأکید کردهاند که این فناوری هنوز در مراحل اولیه است، اما پتانسیل آن برای مقیاسپذیری و تبدیل شدن به یک محصول تجاری بسیار بالا است. انتشار این نتایج در Nature Communications نیز اهمیت علمی و کاربردی این دستاورد را نشان میدهد.
