شرب الرطوبة من الهواء

طور باحثو التخنيون براءة اختراع جديدة من شأنها فصل الرطوبة عن الهواء بشكل فعال وتحويلها إلى مياه صالحة للشرب. هل سيكون هذا هو الحل لأزمة المياه في العالم؟

بقلم مايا فلاح، وكالة أنباء أنجل للعلوم والبيئة

تعاني كيب تاون في جنوب أفريقيا من أزمة مياه خطيرة للغاية في المناطق الحضرية ومنظمة الصحة العالمية (WHO) ويقدر ذلك في عام 2025، سيعيش حوالي نصف سكان العالم في مناطق تعاني من نقص مياه الشرب النظيفة. وقد يؤدي هذا الوضع إلى عدم الاستقرار السياسي وحروب المياه العابرة للحدود.

ولكن من الممكن أن يكون حل أزمة المياه المحلية والعالمية، حرفياً، تحت أنوفنا: قام باحثون من التخنيون بتطوير نموذج لنظام هدفه فصل الرطوبة الطبيعية الموجودة بانتظام في الهواء من حولنا، وتحويلها إلى مياه صالحة للشرب. براءة الاختراع هذه، وكيف يمكن أن تساعد في حل أزمة المياه التي يتجه إليها العالم، قدمها البروفيسور ديفيد برودي من كلية الهندسة المدنية والبيئية في التخنيون في يوم دراسي في موضوع المياه والطاقة والمعالجة وإعادة التدوير.

متاحة ومجانية للجميع

ويوضح بروداي، الذي طور الفكرة مع زميله البروفيسور إيران فريدلر، أن الفكرة هي الاستفادة من الموارد المتوفرة حولنا طوال الوقت. ويقول: "في كل مكان يوجد جو، وفي كل مكان توجد رطوبة". "لا يوجد جو جاف تماما، حتى هواء الصحراء الكبرى القاحلة فيه رطوبة. في الواقع، كمية الرطوبة في الغلاف الجوي تساوي كمية المياه العذبة في العالم كله (باستثناء الأنهار الجليدية). وهذه كمية هائلة من المياه متاحة ومجانية للجميع ولا توجد أي قيود عليها. ولذلك، نعتقد أن هذا الحل يتمتع بإمكانات هائلة.

فكرة جمع الرطوبة من الهواء ليست جديدة. العديد من الشركات في العالم، بما في ذلك WaterGen لقد طورت إسرائيل بالفعل تقنيات تقوم بذلك بنجاح وتعمل بالفعل في أجزاء مختلفة من العالم. التكنولوجيا الموجودة اليوم، وفقًا لبرودي، تشبه تلك الموجودة في مكيف الهواء المنزلي: إذا كان مكيف الهواء المنزلي يبرد الهواء القادم من الخارج، فإنه يستخدم الهواء البارد ويتخلص من الماء الذي تكثف أثناء عملية التبريد (الماء الذي تقطر علينا عشرات المكيفات عندما نسير في الشارع في الصيف)، ثم في حالة تقنية حصاد الرطوبة، تخلص من الهواء واستخدم الماء بدلاً منه. "ما تفعله التكنولوجيا الحالية هو في الواقع أخذ الهواء وتشغيل عملية تبريد عليه لاستخراج الرطوبة منه،" يشرح بروداي. "تحضره إلى حالة تتكثف فيها الرطوبة على سطح بارد وتقطر منه، ثم تجمعه وتستخدمه كماء للشرب".

ومع ذلك، هناك مشكلة مع هذه التكنولوجيا. "المشكلة هي أن الهواء لا يتكون من الرطوبة فحسب، بل يتكون أيضًا من غازات أخرى مثل الأكسجين والنيتروجين، ومع هذه التكنولوجيا يستثمرون في تبريدها مع الرطوبة"، يوضح برودي. "يحتوي حجم الهواء في أحسن الأحوال على 5-4 بالمائة فقط من الرطوبة، مما يعني أنه جزء صغير جدًا منه. وهذا يعني أنك تستثمر الكثير من الطاقة في تبريد شيء لا يتم استخدام أكثر من 90 بالمائة منه على الإطلاق. هذا هو الاستخدام غير الفعال للطاقة. هذه العملية مكلفة في البداية، وفي الواقع تذهب معظم الطاقة إلى تبريد مادة لا نهتم بها على الإطلاق.

وتقترح براءة الاختراع الجديدة التي اقترحها الباحثون تحسين هذه العملية عن طريق فصل الرطوبة عن الهواء قبل تبريده. وبهذه الطريقة سيكون من الممكن استثمار الطاقة في تبريد الرطوبة نفسها فقط وتحويلها إلى مياه متاحة.

واليوم، تجري محاولات في جميع أنحاء العالم لتطوير أغشية تقوم بذلك وتفصل الرطوبة عن الهواء، على غرار عملية تحلية المياه، على سبيل المثال، حيث تقوم الأغشية بفصل الملح عن مياه البحر. لكن حتى الآن لم يتمكنوا من تطوير مثل هذه الأغشية. وهنا يأتي دور الباحثين الإسرائيليين في الصورة.

"إن البديل الذي نقدمه يعتمد في الواقع على استخدام مادة ماصة تسمى المجففة. إنه محلول ملحي عالي التركيز، يمتص الرطوبة بشكل طبيعي من الهواء عندما يتلامس معها"، يوضح برودي. "الفكرة هي بناء نظام يستخدم هذه المادة لامتصاص كمية كبيرة من الرطوبة من الهواء، وتبريده فقط بعد فصله عنه."

ويوضح قائلاً: "النظام الذي نقدمه يتكون من عدة مراحل". "في الخطوة الأولى، سوف يقوم بتدوير الهواء بداخله من أجل نقل الرطوبة من الهواء إلى المادة الممتزة، والتي تكون في حالة سائلة. تتكرر هذه الدورة مرارًا وتكرارًا، ومع كل دورة، تخزن الزائدة الدودية المزيد والمزيد من الرطوبة من الهواء. في الخطوة الثانية، نقوم بنقل جزء صغير من السائل الممتز إلى جزء آخر من النظام، حيث نخلق ظروف الحرارة والضغط المنخفض، مما يجعل المجفف يحرر الرطوبة المخزنة فيه، ونريد تكثيف هذه الرطوبة ، لتحويله إلى ماء. ولهذا نحتاج إلى تبريده - وهذه هي المرحلة الثالثة، والتي تشبه في الواقع ما يحدث في الأنظمة الموجودة بالفعل اليوم، ولكن على عكسها - في هذه المرحلة نقوم بتبريد الرطوبة بنسبة 100 بالمائة، وليس الهواء، فقط نسبة ضئيلة جزء منها ذو صلة باحتياجاتنا.

الماء في قلب الصحراء

ووفقا للباحثين، فإن النظام الذي يقترحونه ليس أكثر كفاءة من حيث استهلاك الطاقة فحسب، بل يوفر أيضا مياها أنظف. بعد التبريد، يجب أن تكون المياه المجمعة في النظام صالحة للشرب كما هي. وهذا بالمقارنة مع التقنيات الموجودة اليوم، حيث يتم تبريد الهواء بالكامل. يوضح برودي: "إذا كان الهواء الذي يدور في النظام - بالإضافة إلى الرطوبة - يحتوي على جميع أنواع البكتيريا المسببة للأمراض، فعندما يبرد ويتكثف الماء، قد تجد المواد الموجودة في الهواء طريقها أيضًا إلى الماء". "وهذا يعني أن هذه المياه قد لا تكون صالحة للشرب، وأنها تحتاج إلى معالجة لتنقيتها قبل أن تكون صالحة للشرب.

"في نظامنا، من ناحية أخرى، لا يلتقي الهواء بالمبدد الحراري على الإطلاق - ولكن فقط الرطوبة التي تم فصلها عنه. لذلك، حتى لو كانت هناك جميع أنواع المواد التي لا نريد أن تصل إلى الماء، فهي مرتبطة بالمادة الممتزة ولا يتم إطلاقها في الخطوة التالية. "حتى لو تراكمت البكتيريا والغبار وما إلى ذلك، لأنه محلول ملحي شديد التركيز (أكثر من البحر الميت)، لا يمكن لأي كائن حي أن ينجو من هذا اللقاء. يجف فقط. أي أن الرطوبة الواردة يجب أن تكون نظيفة، والماء الوارد طاهرًا. بالطبع سيتعين اختبارها، ولكن من المحتمل أن يكون الطلب على عمليات معالجة المياه أقل بكثير، وهو ما من المتوقع أن يخفض سعر استخدامها.

ومع ذلك، فهذه ليست عملية رخيصة. ويؤكد الباحثون أن هذه طريقة لإنتاج المياه أكثر تكلفة من تحلية المياه. يوضح برودي: "أينما يمكن تحلية المياه - أي عندما يكون هناك قرب من مصدر للمياه مثل البحر أو البحيرات قليلة الملوحة - فإن تحلية المياه هي الخيار المفضل". "لكن من الناحية الاقتصادية، من المفيد بناء نظام نقل مائي في أماكن لا تبعد سوى حوالي مائة كيلومتر عن مصدر المياه. علاوة على ذلك، فإن تكلفة النقل تصبح أكثر تكلفة من تكلفة تحلية المياه. توجد أيضًا مستوطنات بالقرب من الأنهار حيث تكون المياه صالحة للاستخدام. ولكن عندما نستبعد كل هذه الأمور من الحساب، فلا يزال أمامنا عدد لا بأس به من الأماكن في العالم حيث تعتبر تحلية المياه والاستخدام المباشر غير اقتصادية.

ووفقا للاختبارات التي أجراها الباحثون - وهنا الميزة الحقيقية للنظام - سيكون من الممكن استخدامه في أي مكان في العالم تقريبا. ولاختبار ذلك، أجرى الباحثون عمليات محاكاة باستخدام نموذج، بهدف محاكاة كيفية عمل النظام في ظروف مناخية ورطوبة مختلفة. يقول برودي: "أردنا التحقق مما إذا كان من الممكن استخدام النظام أيضًا في المناطق التي يكون الهواء فيها جافًا". "على سبيل المثال في الصحراء الكبرى، وكذلك في اليمن - الموجود حاليًاأزمة خطيرة من الجوع وقلة مياه الشرب. وبالفعل، أظهر النموذج أن النظام يعمل بفعالية حتى في الصحراء، في الأماكن التي تكون فيها نسبة الرطوبة في الهواء منخفضة نسبياً. وحتى في اليمن مثلاً رأينا أن هناك أماكن ليست قريبة من مصادر الشرب الطبيعية، حيث يمكن لهذه الطريقة أن تعمل بفعالية كبيرة، وتعطيهم حلاً ربما يكون أفضل من الحلول الموجودة. وهذا النظام صغير نسبياً ويسمح أيضاً بتوزيع إنتاج المياه - وهو نظام لا يعتمد على مصدر مياه واحد، حيث يجب ضخ المياه عبر الأنابيب إلى جميع الأماكن الأخرى في المستوطنة. هذا هو ميزة كبيرة.'

لم يتم بناء النظام بعد، وهو حاليا مجرد نموذج. الباحثون حاليًا في مرحلة محاولة جمع الأموال لبناء نموذج أولي، وهم يبحثون عن مستثمرين مهتمين بالاستثمار في النظام - الذي يعتقدون أن لديه إمكانات هائلة للتعامل مع نقص المياه، والذي من المتوقع أن يزداد سوءًا في وقت لاحق من هذا القرن. ويخلص برودي إلى القول: "نحن نؤمن بشدة بفكرة النموذج ونتائجه، ولكننا مازلنا بحاجة إلى إثبات ذلك عمليًا. هذه هي الخطوة التالية.'