پژوهشگران دانشگاه MIT با توسعه روشی جدید مبتنی بر امواج فراصوت، محدودیت‌های دیرینه در استخراج آب از مواد فوق جاذب رطوبت را پشت سر گذاشته‌اند؛ پیشرفتی که سرعت استخراج آب را تا ۴۵ برابر افزایش می‌دهد و می‌تواند چهره فناوری‌های تأمین آب را دگرگون کند.
مهندسان MIT راه‌حل تازه‌ای ارائه کرده‌اند که می‌تواند آب قابل شرب را خیلی سریع‌تر از گذشته از هوا استخراج کند. این روش با کار روی موادی که شبیه اسفنج هستند و می‌توانند رطوبت هوا را در خود نگه دارند ممکن شده است؛ موادی که در سیستم‌های برداشت آب از هوا یا “AWH” استفاده می‌شوند.
مشکل بزرگ این مواد این است که آب را خیلی خوب جذب می‌کنند اما به‌سختی آن را پس می‌دهند. در روش‌های معمول، برای آزاد کردن آب، باید این مواد را گرم کرد و معمولاً از گرمای خورشید استفاده می‌شود، که هم کند است و هم به زمان زیادی نیاز دارد.
دکتر سوتلانا بوریسکینا (Svetlana Boriskina) از MIT می‌گوید:
هر ماده‌ای که در جذب آب عالی باشد، معمولاً دوست ندارد آن را رها کند. همین باعث می‌شود انرژی و زمان زیادی برای بیرون کشیدن آب لازم داشته باشیم.
فناوری فراصوت؛ راهی برای جداسازی آب از مواد فوق جاذب
تیم MIT تصمیم گرفته این مرحله کند را کنار بگذارد و به‌جای گرما، از امواج فراصوت استفاده کند. دستگاهی که ساخته‌اند محرک اولتراسونیک (ultrasonic actuator) نام دارد و با ایجاد لرزش‌های بسیار سریع و دقیق، آب را از داخل ماده فوق جاذب جدا می‌کند.
امواج فراصوت همان صداهایی هستند که فرکانسشان آن‌قدر بالاست که انسان نمی‌تواند آن‌ها را بشنود. این امواج با تکان‌های شدید و ریز، مولکول‌های آب را از جا بلند می‌کنند و از ماده فوق جاذب جدا می‌سازند.
ایکرا افتخار شوو (ikra iftekhar shuvo)، نویسنده اصلی مقاله، توضیح می‌دهد:
امواج فراصوت پیوندهای ضعیف بین مولکول‌های آب و سطح ماده را می‌شکند. انگار آب با این موج‌ها شروع به رقص می‌کند و همین باعث می‌شود قطره‌قطره از ماده جدا شود.
این دستگاه چطور ساخته شده است؟
در قلب این سامانه، یک محرک اولتراسونیک قرار دارد که از یک حلقه سرامیکی تخت ساخته شده است. با اعمال ولتاژ، این حلقه شروع به لرزش شدید می‌کند. پیرامون آن نیز حلقه‌ای با نازل‌های ریز تعبیه شده که قطرات آزادشده را به سمت مخازن جمع‌آوری بالا و پایین هدایت می‌کند. این طراحی اجازه می‌دهد که یک فرآیند جذب و استخراج سریع و مداوم شکل گیرد.
۴۵ برابر سریع‌تر از روش‌های خورشیدی
در آزمایش‌هایی که روی نمونه‌های کوچک از مواد AWH انجام شد، دستگاه تنها ظرف چند دقیقه هر نمونه را خشک کرد؛ درحالی‌که روش‌های حرارتی به ده‌ها دقیقه یا حتی ساعت‌ها زمان نیاز دارند. بر اساس نتایج، روش فراصوت ۴۵ برابر کارآمدتر از روش گرمای خورشیدی در جداسازی آب است.
اگرچه این سیستم نیاز به منبع تغذیه دارد، اما محققان معتقدند که یک صفحه خورشیدی کوچک برای تأمین انرژی آن کافی است. این قابلیت می‌تواند چرخه‌های مکرر جذب و استخراج را در یک روز فعال کند؛ موضوعی که در نهایت میزان آب تولیدی در شبانه‌روز را به شکل چشمگیری افزایش می‌دهد.
به گفته بوریسکینا:
هدف این است که هر روز بیشترین مقدار آب را استخراج کنیم. با فراصوت می‌توانیم آب را سریع بازیابی کنیم و دوباره چرخه را تکرار کنیم. در نهایت با تکرار این چرخه مقدار زیادی را جمع می‌شود.
کاربردهای آینده و اهمیت این فناوری
پژوهشگران چشم‌انداز یک سیستم خانگی، تقریباً هم‌سایز یک پنجره، را مطرح می‌کنند که با استفاده از مواد فوق جاذب و محرک‌های فراصوت قادر به استخراج آب از هوا باشد. این فناوری در مناطق بیابانی یا مناطقی که دسترسی به منابع آب یا حتی امکان شیرین‌سازی آب دریا را ندارند، می‌تواند نقشی حیاتی ایفا کند.
نتایج این تحقیق در تاریخ ۱۸ نوامبر در نشریه Nature Communications منتشر شده است.
source
کلاس یوس