الوجبات الجاهزة الرئيسية
- ابتكر العلماء نظامًا قائمًا بذاته يستخدم الألواح الشمسية العادية لتوليد الكهرباء والمياه.
- يستخدم النظام هيدروجيل خاص بارع في جمع بخار الماء من الغلاف الجوي.
-
يتم استخدام المياه لري النباتات وتبريد الألواح وبالتالي زيادة كفاءتها.
توفر الألواح الشمسية خيارًا رائعًا لتوليد الطاقة الخضراء ، وقد وجد الباحثون الآن طريقة لجعلها أكثر فائدة.
أنشأ فريق من العلماء نظامًا قائمًا بذاته يعمل بالطاقة الشمسية ولا يستخدم الألواح الشمسية لتوليد الطاقة فحسب ، بل يستخدم أيضًا الحرارة الزائدة لتكوين الماء من الهواء.
"تحسين [كفاءة] محطات الطاقة الشمسية هو حاجة الساعة ،" قال سونيل ميسور ، المؤسس والرئيس التنفيذي لشركة Hinren Engineering الناشئة ، لشركة Lifewire عبر LinkedIn. "سيكون هذا اختراعًا بارزًا في صناعة الخلايا الكهروضوئية وسيقطع شوطًا طويلاً في ضمان الاستدامة في دورة المياه والطاقة والتغذية."
الرياضات المائية
بقيادة بينج وانج ، أستاذ العلوم والهندسة البيئية بجامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا (KAUST) بالمملكة العربية السعودية ، وضع العلماء ألواحًا شمسية منتظمة فوق هيدروجيل خاص يمكنه تجميع بخار الماء المحمول جواً. عندما تصل الحرارة الزائدة من الألواح إلى الجل ، فإنه يطلق البخار في صندوق ، حيث يتكثف بعد ذلك في قطرات من الماء.
لاختبار المفهوم ، قام الباحثون ببناء نسخة أولية من نظامهم ووضعوها في ثلاث اختبارات خلال أوقات مختلفة من العام. في الأسبوعين اللذين كانا في أشد أوقات السنة حرارةً ، أنتج النظام 1519 واط / ساعة من الكهرباء وحوالي لترين من الماء من الهواء. استخدم هذان اللتران لري 60 من بذور السبانخ المائية المزروعة في صندوق بلاستيكي ، ولاحظ الباحثون أن 57 منها نبت ونمت بشكل طبيعي.
في بيان ، أشار وانغ إلى أن العلماء يريدون استخدام النظام لتوفير الطاقة والمياه بسعر رخيص لمساعدة ملايين الأشخاص الذين يعيشون خارج الشبكة ، لا سيما في المناطق النائية وخاصة المناطق ذات المناخ الجاف.
هذا هدف جدير بالنظر إلى تقديرات منظمة الصحة العالمية (WHO) أن أكثر من ملياري شخص يفتقرون إلى الوصول إلى خدمات مياه الشرب المُدارة بأمان. في الواقع ، اكتشف تقرير صدر عام 2019 من Our World In Data أن المياه غير الصحية تؤدي إلى أكثر من مليون حالة وفاة كل عام.
"هدفنا هو إنشاء نظام متكامل للطاقة النظيفة ، والمياه ، وإنتاج الغذاء ، وخاصة الجزء الخاص بتكوين المياه في تصميمنا ، والذي يميزنا عن الخلايا الكهروضوئية الحالية" ، كما أشار وانغ.
نفايات أقل
بالإضافة إلى استخدام الحرارة لاحتجاز المياه في الغلاف الجوي ، لاحظ العلماء أن الهيدروجيل يساعد أيضًا في زيادة كفاءة الألواح الشمسية.
وفقًا لمايسور ، يتم تحويل أقل من 20 بالمائة من الطاقة التي تصطدم بلوحة شمسية إلى كهرباء. يتم تحويل الباقي إلى حرارة ، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة الألواح.
يساعد نظام وانج في حل هذه المشكلة من خلال التشغيل في وضعين. في وضع التبريد ، يتعرض الهيدروجيل للهواء الجوي في جميع الأوقات. خلال الليل ، تقوم بتجميع جزيئات الماء التي ، عند تسخينها في اليوم التالي ، تتبخر ، وتأخذ الحرارة الزائدة من اللوحة ، مما يؤدي إلى خفض درجة حرارتها.
يقول وانغ: "إنها الطريقة التي يخفض بها جسم الإنسان درجة الحرارة عن طريق التعرق". لا يجمع وضع التبريد أي ماء ، ولكن وفقًا للباحثين ، يمكن أن يساعد في زيادة الإنتاج الكهربائي للوحة شمسية بحوالي 10 بالمائة.
جوردان ماكنيك ، المحلل الرئيسي للطاقة والمياه والأراضي في المختبر الوطني للطاقة المتجددة (NREL) ، أخبر Lifewire عبر البريد الإلكتروني أن أبحاث وانغ يمكن أن توفر حلاً مفيدًا لمعالجة تحديات الوصول إلى الطاقة والمياه والغذاء في وقت واحد في مناطق تفتقر إلى البنية التحتية حول العالم.
"ومع ذلك ، لا تزال هناك تحديات مرتبطة بمتطلبات استخدام الأراضي لهذه التقنيات في سياق كمية المياه التي يمكن أن تنتجها في منطقة معينة ، مما قد يحد من إمكاناتها في توسيع نطاق التطبيقات الأكبر حجمًا ،" ماكنيك.
لتحويل تصميم إثبات المفهوم إلى منتج حقيقي ، يخطط الفريق لإنشاء هيدروجيل أفضل يمكنه امتصاص المزيد من الماء من الهواء قبل دفع النظام إلى الاستخدام الفعلي.
أشار وانغ إلى أن "التأكد من حصول كل شخص على وجه الأرض على المياه النظيفة والطاقة النظيفة بأسعار معقولة هو جزء من أهداف التنمية المستدامة التي وضعتها الأمم المتحدة". "آمل أن يكون تصميمنا نظامًا لامركزيًا للطاقة والمياه لإضاءة المنازل والمحاصيل المائية."
