كيف تنتج هذه القرية مياهًا نظيفة من مياه قذرة باستخدام الشمس فقط – تقنية عمرها 2000 عام

كيف تنتج هذه القرية مياهًا نظيفة من مياه قذرة باستخدام الشمس فقط – تقنية عمرها 2000 عام. في المناطق التي تفتقر إلى إمدادات المياه النظيفة، يمكن لجهاز بسيط يسمى "المقطر الشمسي" (solar still) تحويل المياه القذرة أو مياه البحر أو المياه المستخرجة من النباتات إلى مياه شرب نقية. تحاكي العملية دورة المطر الطبيعية بالاعتماد فقط على حرارة الشمس. تشرح هذه المقالة علميًا كيف تعمل هذه التقنية القديمة، وأنواعها، ولماذا قد تكون حلاً عالميًا للمياه النظيفة.. سر المياه النظيفة من ضوء الشمس تخيل أنك في جزيرة نائية بلا أنهار أو آبار. قد يكون المصدر الوحيد للمياه هو مياه البحر المالحة، أو مياه البرك العكرة، أو حتى المياه المستخرجة من أوراق النباتات. ومع ذلك، باستخدام جهاز بسيط يسمى "المقطر الشمسي" solar still ، يمكن تحويل هذه المياه القذرة إلى مياه نقية صالحة للشرب. هذه التقنية ليست اختراعًا جديدًا؛ فقد وجدت منذ أيام اليونان القديمة قبل أكثر من 2000 عام، وهي الآن تعود لتصبح ذات أهمية في الجهود المبذولة للتغلب على أزمة المياه العالمية. والأكثر إثارة للدهشة هو أن المقطر الشمسي لا يحتاج إلى كهرباء أو وقود أو مواد كيميائية. إنه يعتمد فقط على مصدر طاقة وفير ومجاني: الشمس. كيف يعمل؟ دعنا نتعمق في العلم وراء ذلك. عملية التقطير: محاكاة دورة المطر في الأساس، يحاكي المقطر الشمسي الطريقة التي تنتج بها الطبيعة المطر. عندما تسخن الشمس المياه في البحر أو البحيرات أو الأنهار، تمتص جزيئات الماء الطاقة الحرارية وتتحول إلى بخار غاز . يصعد بخار الماء إلى الغلاف الجوي، وعندما يصل إلى طبقات الهواء الأكثر برودة، يتكثف ليصبح قطرات ماء، ثم يسقط على شكل مطر. خلال هذه العملية، تُترك الأملاح والأوساخ والكائنات الدقيقة وراءها لأنها لا تتبخر مع الماء. في المقطر الشمسي، تنطبق نفس المبادئ على نطاق صغير. يتكون الجهاز من وعاء يحتوي على مياه قذرة المادة الخام ، مغطى بزجاج أو بلاستيك شفاف. عادة ما يكون الجزء الداخلي للوعاء أسود اللون لامتصاص أقصى قدر من الحرارة. عندما تخترق أشعة الشمس الغطاء الشفاف، تسخن الحرارة المياه القذرة بالداخل. يبدأ الماء في التبخر، تاركًا وراءه جميع الملوثات مثل الأملاح والمعادن الثقيلة والبكتيريا والفيروسات في الوعاء الأصلي. يصعد بخار الماء النقي ويلامس سطح الغطاء الأكثر برودة بسبب تعرضه للهواء الخارجي . يؤدي انخفاض درجة الحرارة إلى تكثيف البخار ليصبح قطرات ماء نظيفة. ثم تتدفق هذه القطرات إلى قناة تجميع مخصصة. النتيجة النهائية هي ماء مقطر نقي وآمن للشرب. المزايا العلمية: ما الذي يتم إزالته وما الذي يبقى؟ تكمن براعة المقطر الشمسي في قدرته على إزالة جميع أنواع الملوثات تقريبًا. أثناء التبخر، تبقى الأملاح مثل كلوريد الصوديوم لأن نقطة غليانها أعلى بكثير من الماء. المعادن الثقيلة مثل الرصاص والزئبق والزرنيخ لا تتبخر أيضًا، وكذلك المعادن الأخرى. تموت الكائنات الدقيقة مثل البكتيريا مثل الإشريكية القولونية والفيروسات والبروتوزوا بسبب الحرارة إذا تجاوزت درجة الحرارة 60 درجة مئوية ولا يمكن حملها مع البخار. ومع ذلك، يجب ملاحظة أن الماء المقطر الناتج يكون نقيًا تقريبًا، ولكنه يفقد أيضًا المعادن المفيدة مثل الكالسيوم والمغنيسيوم. لذلك، للاستخدام طويل الأمد، تضيف بعض الأنظمة هذه المعادن مرة أخرى إعادة التمعدن . ولكن في حالات الطوارئ، يكون الماء المقطر الخالي من المعادن أكثر أمانًا من المياه القذرة التي تحتوي على مسببات الأمراض. أنواع المقطرات الشمسية: من الأوعية البسيطة إلى مزارع الطاقة الشمسية هناك نوعان رئيسيان من المقطرات الشمسية: صغيرة النطاق وكبيرة النطاق. المقطرات الشمسية البسيطة الأوعية الزجاجية هذا هو التصميم الأساسي. يتكون من وعاء ضحل أسود اللون مملوء بالمياه القذرة، مغطى بزجاج أو بلاستيك شفاف مائل عادة بزاوية 30 درجة إلى 60 درجة . يتدفق المكثف إلى قناة في الجزء السفلي من الزجاج. يمكن لهذا الجهاز إنتاج 1 إلى 5 لترات من المياه النظيفة لكل متر مربع من مساحة الزجاج يوميًا، اعتمادًا على شدة ضوء الشمس. المقطرات الشمسية المركزة للإنتاج على نطاق واسع، تُستخدم المرايا أو العدسات لتركيز أشعة الشمس على نقطة واحدة، حيث يمكن أن تصل درجات الحرارة إلى مئات الدرجات المئوية. يُستخدم هذا النظام عادة في محطات تحلية المياه الصناعية. يتم ضخ مياه البحر وتسخينها بواسطة الإشعاع المركز، ويتم جمع بخارها. يمكن أن تنتج آلاف اللترات يوميًا، ولكنها تتطلب مساحات أرضية واسعة وتكاليف صيانة عالية. مصائد التكثيف يُستخدم هذا النوع لجمع المياه من الهواء الرطب أو من النباتات. يُستخدم عادة في الصحاري. يتم حفر حفرة في الأرض، ووضع وعاء، وتغطيتها ببلاستيك شفاف. تتسبب حرارة الشمس في تبخر الرطوبة من التربة أو النباتات، ثم تتكثف على البلاستيك وتقطر في الوعاء. يمكن لهذه التقنية إنتاج المياه حتى في المناطق شديدة الجفاف. نقاط الضعف والقيود التي يجب معرفتها على الرغم من أن المقطرات الشمسية تقنية مستدامة، إلا أن لها قيودًا. أولاً، تعتمد بشكل كبير على الطقس. الأيام الغائمة أو الممطرة ستقلل بشكل كبير من إنتاج المياه. ثانيًا، كفاءة منخفضة: حوالي 30-40٪ فقط من طاقة الشمس تُستخدم للتبخر، والباقي يضيع كحرارة. عادة ما لا يتجاوز إنتاج المياه 6 لترات لكل متر مربع يوميًا. ثالثًا، قد لا يزال الماء الناتج يحتوي على ملوثات متطايرة مثل الكحول أو بعض المبيدات الحشرية التي تتبخر أيضًا. لذلك، يجب اختبار المياه من المقطر الشمسي إذا كانت المياه القذرة تحتوي على مواد كيميائية عضوية. مستقبل المياه النظيفة: هل المقطرات الشمسية هي الحل؟ وفقًا لمنظمة الصحة العالمية WHO ، لا يزال ما يقرب من 2 مليار شخص في العالم يفتقرون إلى الوصول إلى مياه شرب آمنة. لن تحل المقطرات الشمسية محل محطات معالجة المياه الحديثة في المدن، ولكنها منقذة للحياة في المناطق النائية، ومناطق الكوارث، وللمسافرين والجنود في الميدان. تعمل الأبحاث الحديثة على تحسين الكفاءة باستخدام المواد النانوية والتصميمات متعددة المراحل التي يمكن أن تضاعف إنتاج المياه. في عصر تغير المناخ، حيث أصبحت موارد المياه محدودة بشكل متزايد، قد تكون التقنيات منخفضة التكلفة والمستدامة مثل المقطرات الشمسية أحد المفاتيح لضمان مستقبل المياه النظيفة للجميع. بدءًا من الغد، إذا كنت في مكان يفتقر إلى المياه النظيفة، حاول أن تتخيل: بقطعة من البلاستيك، ووعاء أسود، وشمس ساطعة، يمكنك إنتاج مياه يمكن أن تنقذ الأرواح. العلم، حقًا، لا يخيب أبدًا. مراجع علمية - Qiblawey, H. M., & Banat, F. 2008 . Solar thermal desalination technologies. Desalination , 220 1-3 , 633-644. - Tiwari, G. N., & Sahota, L. 2017 . Review on the performance of solar stills. Renewable and Sustainable Energy Reviews , 73, 1064-1085. - El-Sebaii, A. A., & El-Bialy, E. 2015 . Solar still: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews , 52, 1418-1435. --- المصدر: Solar still — Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Solar still