يطبخ العلماء وصفات جديدة لأخذ الملح من مياه البحر


مع استمرار ازدهار السكان والجفاف المزمن ، تحولت المدن الساحلية مثل كارلسباد في جنوب كاليفورنيا على نحو متزايد إلى تحلية مياه البحر لتكملة إمدادات المياه العذبة المتضائلة. الآن ، قام علماء في مختبر لورنس بيركيلي الوطني التابع لوزارة الطاقة ، والذين يبحثون في كيفية جعل تحلية المياه أقل تكلفة ، بقواعد التصميم الواعدة لتصنيع ما يسمى بالسوائل الأيونية "سريعة الاستجابة حرارياً" لفصل المياه عن الملح.

السوائل الأيونية هي ملح سائل يرتبط بالمياه ، مما يجعلها مفيدة في التناضح الأمامي لفصل الملوثات عن الماء. والأفضل من ذلك هو السوائل الأيونية المستجيبة حرارياً لأنها تستخدم الطاقة الحرارية بدلاً من الكهرباء ، وهو ما يتطلبه تحلية التناضح العكسي التقليدية (RO) للفصل. درست دراسة بيركلي لاب الجديدة ، التي نُشرت مؤخرًا في مجلة Nature Communications Chemistry ، التركيبات الكيميائية للعديد من أنواع السائل الأيوني / الماء لتحديد أفضل وصفة "للوصفة".

وقال روبرت كوستيكي ، مؤلف مشارك مشارك في الدراسة: "إن أحدث ما توصلت إليه عملية تحلية مياه الصرف الصحي حاليًا جيدًا ، لكن تكلفة تحلية المياه الناتجة عن الكهرباء باهظة". "تشير دراستنا إلى أن استخدام الحرارة" المجانية "منخفضة التكلفة - مثل الحرارة الحرارية الأرضية أو الشمسية أو حرارة النفايات الصناعية الناتجة عن الآلات - إلى جانب السوائل الأيونية سريعة الاستجابة حرارياً يمكن أن تعوض جزءًا كبيرًا من التكاليف التي تدخل في التناضح العكسي الحالي تقنيات تحلية المياه التي تعتمد فقط على الكهرباء ".

Kostecki ، نائب مدير قسم تخزين الطاقة والموارد الموزعة (ESDR) في منطقة تكنولوجيات الطاقة في مختبر بيركلي ، شراكة مع المؤلف المشارك جيف أوربان ، وهو عالم من العاملين في مسبك الجزيئي في مختبر بيركلي ، للتحقيق في سلوك السوائل الأيونية في الماء في المستوى الجزيئي.

باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي وانتشار الضوء الديناميكي الذي قدمه الباحثون في قسم ESDR ، وكذلك تقنيات محاكاة الديناميات الجزيئية في مسبك الجزيئي ، توصل الفريق إلى اكتشاف غير متوقع.

كان يُعتقد منذ فترة طويلة أن الفصل الفعال للأيونات السائلة يعتمد على النسبة الإجمالية للمكونات العضوية (أجزاء من السائل الأيوني التي لا تكون موجبة أو موجبة الشحنة) إلى أيونات موجبة الشحنة ، أوضح Urban. لكن فريق بيركلي لاب علم أن عدد جزيئات الماء التي يمكن للسائل الأيوني فصلها عن مياه البحر يعتمد على قرب مكوناته العضوية من أيوناته الموجبة الشحنة.

"هذه النتيجة كانت غير متوقعة تماما" ، وقال أوربان. "مع ذلك ، لدينا الآن قواعد تصميم تقوم بها الذرات في السوائل الأيونية بالعمل الجاد في تحلية المياه."

تشهد تقنية التناضح العكسي القائمة على الغشاء منذ عقود والتي تم تطويرها في الأصل في جامعة كاليفورنيا في لوس أنجلوس في الخمسينيات من القرن الماضي تجربة جديدة - يوجد حاليًا 11 مصنعًا لتحلية المياه في كاليفورنيا ، وقد تم اقتراح المزيد. يتبع علماء بيركلي لاب ، من خلال معهد أبحاث مرونة الطاقة المائية ، مجموعة من التقنيات لتحسين موثوقية نظام المياه الأمريكي ، بما في ذلك تقنيات معالجة المياه المتقدمة مثل تحلية المياه.

نظرًا لأن التناضح الأمامي يستخدم الحرارة بدلاً من الكهرباء ، يمكن توفير الطاقة الحرارية بواسطة مصادر متجددة مثل الحرارة المنخفضة للطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الشمسية أو الصناعية.

وأضاف كوستيكي: "تعتبر دراستنا خطوة مهمة نحو خفض تكلفة تحلية المياه". "إنه أيضًا مثال رائع على ما هو ممكن في نظام المختبرات الوطني ، حيث يمكن للتعاون المتعدد التخصصات بين العلوم الأساسية والعلوم التطبيقية أن يؤدي إلى حلول مبتكرة للمشاكل الصعبة التي تعود بالفائدة على الأجيال القادمة."

كما ساهم في الدراسة باحثون من جامعة كاليفورنيا في بيركلي ومختبر إيداهو الوطني. مسبك الجزيئي هو مرفق المستخدم التابع لمكتب العلوم التابع لوزارة الطاقة والمتخصص في علوم النانو. تم دعم هذا العمل من قبل مكتب كفاءة الطاقة والطاقة المتجددة التابع لوزارة الطاقة الأمريكية.

شارك المقالة عبر:

اترك تعليقا:

الاكتر شيوعا

Wikipedia

نتائج البحث

نموذج الاتصال

الاسم

بريد إلكتروني *

رسالة *

إجمالي مرات مشاهدة الصفحة

المشاركات الشائعة