أوستن ، تكساس – قد يكون إنتاج المياه النظيفة بتكلفة أقل في الأفق بعد أن قام باحثون من جامعة تكساس في أوستن وولاية بنسلفانيا بحل مشكلة معقدة حيرت العلماء لعقود حتى الآن.
تعمل أغشية التحلية على إزالة الملح والمواد الكيميائية الأخرى من المياه ، وهي عملية ضرورية لصحة المجتمع ، وتنظيف بلايين الجالونات من المياه لأغراض الزراعة وإنتاج الطاقة والشرب. تبدو الفكرة بسيطة – دفع المياه المالحة من خلال المياه النظيفة إلى الجانب الآخر – لكنها تحتوي على تعقيدات معقدة لا يزال العلماء يحاولون فهمها.
قام فريق البحث ، بالشراكة مع DuPont Water Solutions ، بحل جانب مهم من هذا اللغز ، وفتح الباب لخفض تكاليف إنتاج المياه النظيفة. قرر الباحثون أن أغشية تحلية المياه غير متسقة في الكثافة والتوزيع الشامل ، مما قد يعيق أدائها. الكثافة الموحدة على المقياس النانوي هي المفتاح لزيادة كمية المياه النظيفة التي يمكن أن تخلقها هذه الأغشية.
قال مانيش كومار ، الأستاذ المساعد في قسم الهندسة المدنية والمعمارية والبيئية في جامعة أوستن ، والذي شارك في قيادة البحث. “لا يمكننا أن نقول حقًا كيف يتحرك الماء من خلالها ، لذا فإن جميع التحسينات على مدار الأربعين عامًا الماضية تم إجراؤها في الظلام.”
تم نشر النتائج اليوم في علم.
توثق الورقة زيادة في الكفاءة في الأغشية التي تم اختبارها بنسبة 30٪ -40٪ ، مما يعني أنها تستطيع تنظيف المزيد من المياه مع استخدام طاقة أقل بشكل ملحوظ. يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة الوصول إلى المياه النظيفة وانخفاض فواتير المياه للمنازل الفردية وكبار المستخدمين على حد سواء.
تعمل أغشية التناضح العكسي عن طريق الضغط على محلول التغذية المالح من جانب واحد. تبقى المعادن هناك بينما تمر المياه. على الرغم من أنها أكثر كفاءة من عمليات تحلية المياه غير الغشائية ، إلا أنها لا تزال تستهلك قدرًا كبيرًا من الطاقة ، كما قال الباحثون ، وتحسين كفاءة الأغشية يمكن أن يقلل هذا العبء.
قال إنريكي جوميز ، أستاذ الهندسة الكيميائية في ولاية بنسلفانيا والذي شارك في قيادة البحث: “أصبحت إدارة المياه العذبة تحديًا حاسمًا في جميع أنحاء العالم”. “النقص والجفاف – مع تزايد أنماط الطقس القاسية ، من المتوقع أن تصبح هذه المشكلة أكثر أهمية. من المهم للغاية توفر المياه النظيفة ، خاصة في المناطق منخفضة الموارد “.
قامت مؤسسة العلوم الوطنية وشركة DuPont ، التي تصنع العديد من منتجات تحلية المياه ، بتمويل البحث. زرعت البذور عندما وجد باحثو DuPont أن الأغشية السميكة كانت في الواقع أكثر نفاذية. كان هذا بمثابة مفاجأة لأن المعرفة التقليدية كانت أن السماكة تقلل كمية المياه التي يمكن أن تتدفق عبر الأغشية.
ارتبط الفريق بشركة Dow Water Solutions ، التي أصبحت الآن جزءًا من DuPont ، في عام 2015 في “قمة المياه” التي نظمها كومار ، وكانوا متحمسين لحل هذا اللغز. طور فريق البحث ، الذي يضم أيضًا باحثين من جامعة ولاية أيوا ، عمليات إعادة بناء ثلاثية الأبعاد لهيكل الغشاء النانوي باستخدام أحدث المجاهر الإلكترونية في مختبر خصائص المواد في ولاية بنسلفانيا. قاموا بنمذجة المسار الذي يسلكه الماء عبر هذه الأغشية للتنبؤ بمدى كفاءة تنظيف المياه بناءً على البنية. ساعد جريج فوس من مركز تكساس للحوسبة المتقدمة في تصور هذه المحاكاة ، وتم إجراء معظم الحسابات على Stampede2 ، الكمبيوتر العملاق التابع لشركة TACC.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”
