گل رز؛ الهام‌بخش روشی هوشمند برای جمع‌آوری و تصفیه آب

گل رز در بیشتر فرهنگ‌ها نماد عشق است؛ اما اکنون این گل ارزشی بیشتر از نماد به‌دست آورده است. دستگاه جدید جمع‌آوری و تصفیه‌ی آب که در دانشگاه تگزاس توسعه پیدا کرده، با الهام از ساختار گل رز مهندسی شده و پیشرفت مهمی درزمینه‌ی روش‌های جدید تصفیه‌ی آب محسوب می‌شود. هر ساختار گل‌مانند کمتر از دو سنت هزینه دارد و می‌تواند در هر ساعت، بیش از نیم گالن آب تصفیه‌شده را به‌ازای یک متر مکعب آب ناخالص تولید کند.

گروهی از پژوهشگران با هدایت پروفسور اِما فن سیستم تبخیر خورشیدی جدیدی توسعه داده‌اند که از انرژی خورشیدی برای جداکردن نمک و دیگر ناخالصی‌ها از آب طی فرایند تبخیر استفاده می‌کند. در این مقاله که در مجله‌ی Advanced Materials منتشر شده، نویسندگان چگونگی الهام‌گرفتن از ساختار گل رز را برای توسعه‌ی سیستم تبخیر خورشیدی جدید شرح داده‌اند. این ساختار از ورقه‌های سیاهی تشکیل شده که به‌شکل گلبرگ‌های گل رز درکنارهم قرار گرفته‌اند. این ساختار به لوله‌ی ساقه‌مانندی متصل شده که آب دارای ناخالصی را از هر منبعی جمع‌آوری می‌کند. ساختار سه‌بعدی گل‌مانند جمع‌آوری و نگه‌داری مقدار بیشتری از آب را ممکن می‌سازد.

تکنولوژی‌های کنونی تبخیر خورشیدی معمولا گران و جاگیر است و نتایج رضایت‌بخشی حاصل نمی‌کنند. پژوهشگران در روش جدید از مواد ارزان‌قیمت سبک و حمل‌شدنی استفاده می‌کنند. این سیستم مانند گل رزی با گلبرگ‌های سیاه است که در ظرف شیشه‌ای قرار گرفته است. فن می‌گوید:

ما به‌دنبال یافتن روش‌های کارآمدتر برای استفاده از تکنیک‌های تبخیر خورشیدی به‌منظور تولید آب با استفاده از ورقه‌های سیاه پوشانده‌شده با نوع خاصی از پلیمر به‌نام پلی‌پیرول بودیم.

پلی‌پیرول ماده‌ای است که ویژگی‌های فتوترمال آن معروف است و در تبدیل نورخورشید به انرژی حرارتی به‌خوبی عمل می‌کند. فن و گروهش از روش‌های مختلفی برای شکل‌دادن به ورقه‌ها استفاده کردند تا ببینند کدام‌یک از آن‌ها برای رسیدن به سطح بهینه‌ی نگه‌داری آب مطلوب هستند. آن‌ها این کار را با قراردادن ورقه‌های صاف پوشانده‌شده با پلیمر مذکور زیر نور مستقیم خورشید روی زمین آغاز کردند. این ورقه‌ها می‌توانستند تاحدی به‌عنوان جمع‌آوری‌کننده‌ی آب عمل کنند؛ اما مقدار آبی که جمع می‌کردند، کافی نبود. پس از امتحان چندین شکل دیگر، فن از کتابی الهام گرفت که در دبیرستان خوانده بود. رمان لاله سیاه نوشته‌ی الکساندر دوما به او این ایده را داد که سعی کند از شکل گل استفاده کند و درنهایت، متوجه شد گل رز از همه بهتر است.

این ساختار درمقایسه‌با دیگر شکل‌ها، موجب می‌شد مقدار بیشتری از نورخورشید به مواد فتوترمیک برسد (با انعکاسات داخلی بیشتر) و نیز سطح بزرگ‌تری برای جداشدن آب از ناخالصی‌ها مهیا می‌کرد. این دستگاه آب را ازطریق لوله‌ی ساقه‌مانند خود جمع می‌کند و آن را به ساختار گل‌مانند بالا می‌رساند. همچنین، این سیستم می‌تواند قطرات بارانی را جمع کند که از سمت بالا می‌آید. آب راه خود را به گلبرک‌ها بازمی‌کند و در آنجا ماده‌ی پلی‌پیرول که سطح گلبرگ‌ها را پوشانده، آب را به بخار تبدیل می‌کند و با انجام این کار آلودگی از آب جدا خواهد شد. وایگو لی، پژوهشگر مطالعه می‌گوید:

ما نوعی سیستم تصفیه-جمع‌آوری طراحی کرده‌ایم که برای متراکم‌کردن آب از فشار کم استفاده می‌کند. آبی که متراکم می‌شود در ظرفی شیشه‌ای ذخیره خواهد شد که ساختاری مستحکم و ایمن دارد.

این دستگاه هر نوع آلودگی از فلزات سنگین گرفته تا باکتری‌ها را از آب حذف می‌کند. همچنین، می‌تواند نمک را از آب دریا جدا و آب سالمی فراهم کند که استانداردهای آب آشامیدنی تعیین‌شده‌ی سازمان جهانی بهداشت را دارد. لی می‌گوید:

طراحی منطقی و تولید کم‌هزینه‌ی مواد سه‌بعدی فتوترمال اُریگامی (هنر تولید کاردستی با استفاده از کاغذ و تا در ژاپن) نشان‌دهنده‌ی سیستم منحصر‌به‌فرد تبخیر خورشیدی جمع‌آوری‌کننده‌ی دارای فشار کم و قابل‌حمل است که می‌تواند الگویی برای طراحی تکنولوژی‌های جدید تبخیر خورشیدی به‌منظور تأمین آب سالم برای مردم و خانه‌ها باشد.