مجلة رؤى
مجلة رؤى
ثقف نفسك وتعلم ما يفيدك: أفكار منزلية وتعليمية وحيل علمية وتقنية وفوائد صحية
  • الرئيسية
  • فهرس المجلة
  • الخصوصية
  • من نحن
  • EnglishEnglish
☲

☖ » تنمية » بيئة

ألواح شمسية لإنتاج الماء من الهواء لأغراض التبريد والشرب والزراعة WEC2P

ألواح شمسية تنتج الماء من الهواء للتبريد والشرب والزراعة

يتجاوز تأثير التغير المناخي ارتفاع درجات الحرارة فقط، حيث يؤثر تغير المناخ على جميع نواحي الحياة بما في ذلك الزراعة والغذاء والموارد المائية والحياة البرية وبصفة خاصة في المناطق الصحراوية القاحلة، تلك الأراضي الجرداء التي بلا زرع أو ماء، ليكون الخيار الوحيد أمامنا هو انتاج الماء من الهواء وهو حرفياً ما يقدمه هذا المشروع الواعد المقدم من جامعة الملك عبد العزيز بالمملكة العربية السعودية.

اقرأ أيضاً :
تربة يمكنها سحب الماء من الهواء وتوزيعه على النباتات
تقنية استقطار الماء من الهواء
بدون كهرباء: أبراج خيزران وشباك لاستخلاص الماء من الهواء!

مناطق معزولة

في المناطق المعزولة أو القاحلة وشبه القاحلة يعتبر المد المركزي لكل من الكهرباء ومياه الشرب والنقل لمسافات طويلة في هذه المناطق غير عملي ولا فعال من ناحية التكلفة بسبب نقص الموارد المالية وكذلك بسبب انخفاض الكثافة السكانية. وفي الوقت نفسه، يعتقد في الوقت الحاضر أن النهج اللامركزي هو الأكثر ملاءمة لتوفير الكهرباء والمياه اقتصاديا لتلك المناطق البعيدة.

لعلاج المشكلة قدم العلماء في جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية نظام متكامل قائم على الطاقة الشمسية يوفر مصدرا منخفض التكلفة للطاقة المتجددة والمياه والغذاء ومن ثم يوفر فوائد منقذة للحياة لأولئك الأشخاص الذين يعيشون في المناطق النائية والقاحلة من العالم. إنه نظام رائع متعدد الإمكانات يمكنه أن يحل مشاكل متعددة.

نظام مركب

يسمى النظام المبتكر الجديد “نظام الإنتاج المشترك للمحاصيل المائية والكهربائية” أو “WEC2P”.

يعتمد النظام الجديد على خلايا شمسية مزودة بنظام تبريد يستخدم الهيدروجيل لالتقاط الحرارة بغرض تبريد الخلايا الشمسية وتكثيف بخار الماء ثم استخدامه لأغراض الشرب وري المحاصيل الزراعية.

الهيدروجيل هو بوليمر محب للماء، يتم تركيب الألواح الشمسية المبطنة بالهيدروجيل أعلى صندوق معدني كبير، يقوم بتحويل بخار الماء من الهواء إلى ماء للري والشرب يستخدم لزراعة المحاصيل.

تم تصميم النظام ليكون له وضعان للتشغيل:

  1. وضع التبريد AWH-PV حيث يستخدم الماء لتبريد الخلايا (الشكل B)
  2. وضع انتاج الماء والمحاصيل AWH-Water (الشكلان A وC).
ألواح شمسية لإنتاج الماء من الهواء لأغراض التبريد والشرب والزراعة WEC2P 1
“نظام الإنتاج المشترك للمحاصيل المائية والكهربائية WEC2P”

يتم امتصاص أشعة الشمس الحادثة وتحويلها جزئيا إلى كهرباء بواسطة الخلايا الكهروضوئية، مع تحويل الباقي، عادة أكثر من 80٪ من ضوء الشمس الممتص إلى حرارة، مما يؤدي إلى تحسين درجة حرارة الألواح الكهروضوئية.

تتكون طبقة التبريد AWH من:-

  • فيلم مضاد للتآكل من البولي إيثيلين (PE) (∼0.04 مم في السمك)
  • مواد الماصة لبخار الماء في الغلاف الجوي، أي كلوريد الكالسيوم والبولي أكريلاميد (PAM-CaCl2) هيدروجيل .

    تدفع حرارة الخلية الكهروضوئية الماء إلى التبخر من المادة الماصة خلال النهار، مما يقلل بشكل فعال من درجة الحرارة الكهروضوئية.

خفض درجة حرارة الخلايا الشمسية

باستخدام هذا النظام تمكن الباحثون من خفض درجة حرارة الألواح الكهروضوئية بما يصل إلى 17 درجة مئوية وزيادة نسبة توليد الكهرباء بنسبة تصل إلى 10% وهي قفزة هائلة بالنظر إلى أن معظم الألواح الشمسية قادرة فقط على تحويل حوالي 20٪ من الطاقة الشمسية التي تتعرض لها إلى كهرباء. من خلال الجمع بين الري والزراعة والخلايا الكهروضوئية، يحقق هذا التصميم تقدما واعدا لنوع من الطاقة الشمسية التكاملية المعروفة باسم الخلايا الكهروضوئية الزراعية.

انتاج الماء من الهواء

يحافظ الغلاف الجوي باستمرار على ما يقرب من 13000 مليار طن من المياه العذبة المقطرة مسبقاً أو يزيد، ويتم تجديد مياه الغلاف الجوي باستمرار من خلال دوران المياه العالمي. أشارت دراسة حديثة إلى أن عملية حصاد المياه في الغلاف الجوي التي تعتمد على الطاقة الشمسية يمكن أن تلبي متطلبات مياه الشرب البالغة 5 لتر يوميا للفرد الواحد لأكثر من ملياري شخص حول العالم. وبالتالي، فإن استخدام المياه في الغلاف الجوي كمورد بديل للمياه يمكن أن يكون نهجا واعدا لمعالجة نقص المياه والطاقة في المجتمعات المحلية خارج الشبكة والمناطق القاحلة أو شبه القاحلة.

استطاع النظام WEC2P انتاج ما يقرب من 3.4 لتر من الماء خلال مدة شهر عبر استخدام لوحة شمسية كهروضوئية 30*60 ويهدف الباحثون بعد إثبات المفهوم إلى تطوير النظام لانتاج كميات أكبر من الماء بما يلازم احتياجات الفرد اليومية.

الزراعة في المناطق المعزولة

في المناخ الجاف في المملكة العربية السعودية، اختبر فريق البحث نموذجا لإثبات المفهوم مستخدمين بذور نبات السبانخ لمدة أسبوعين في الصيف الماضي. حتى مع الطقس الحار بشكل استثنائي، أسفرت التجربة عن معدل نجاح 95٪ مع 57 من أصل 60 بذرة أنبتت نمت إلى ارتفاع طبيعي باستخدام 2 لتر فقط من الماء الذي كثفه النظام نفسه. بالإضافة إلى ما مجموعه 1500 واط / ساعة من الكهرباء.

الزراعة في الصحراء باستخدام الخلايا الضوئية
نجحت تجربة انتاج السبانخ بنسبة 95%

نظام منخفض التكلفة

تتبع هذه التقنية استراتيجية مستدامة منخفضة التكلفة بغرض توفير الغذاء والماء والطاقة ضمن ظروف قاحلة، حيث تصل تكلفة الكيلوجرام من الهيدروجيل (PAM-CaCl 2) إلى أقل من دولار واحد على الرغم من أن التكلفة المجمعة لبناء ونشر مثل هذا النظام ستكون أكثر من ذلك بكثير، وبالإضافة إلى تنمية المحاصيل، فإن حصاد بخار الماء من الهواء أن يوفر مياه شرب نظيفة.

مع إثبات المفهوم الذي يظهر نتائج واعدة للغاية، قبل تحويل النموذج إلى منتج، سيعمل الفريق على تطوير هيدروجيل أكثر امتصاصا يمكنه توليد كميات أكبر من الماء.

“لا يزال جزء صغير من سكان العالم لا يستطيعون الوصول إلى المياه النظيفة أو الطاقة الخضراء، ويعيش الكثير منهم في المناطق الريفية ذات المناخ الجاف أو شبه الجاف”. “إن تصميمنا يصنع المياه من الهواء باستخدام الطاقة النظيفة التي كان من الممكن أن تهدر وهي مناسبة للمزارع الصغيرة اللامركزية في الأماكن النائية مثل الصحاري والجزر المحيطية.”

د. وانغ المؤلف الرئيسي للدراسة

تعد الخلايا الكهروضوئية على نطاق واسع أداة رئيسية في أي استراتيجية لتجنب أزمة مناخية شاملة. ومع ذلك، مثل أي تقنية متطورة، تأتي الخلايا الكهروضوئية مع مجموعة من المشاكل الخاصة بها. تشتهر الخلايا الكهروضوئية بعدم كفاءتها في المناخات الحارة، وهي محدودة للغاية في الصحراء، وهي واحدة من البيئات القليلة التي تتعرض للطاقة الشمسية بشكل مستمر تقريبا خلال النهار وإمكانات غير محدودة للطاقة النظيفة.

وفي الوقت نفسه، يؤدي تغير المناخ إلى نقص المياه والتصحر، وهي عملية تصبح فيها البيئات المضيافة في السابق أراضي قاحلة حقيقية للنظم الإيكولوجية الصحراوية. ووفقا لمنظمة الصحة العالمية، يعيش أكثر من 2 مليون شخص بدون مياه شرب آمنة، ويفتقر 800 مليون شخص إلى أي كهرباء، ويعاني 700 مليون شخص من المجاعة.

خلاصة

النظام الجديد له عدة مزايا منها:-

  • ‏تبريد الألواح الكهروضوئية مما يساهم في زيادة أداء توليد الكهرباء‏ بنسبة 10%
  • ‏إعادة تدوير الحرارة المهدرة من الألواح الكهروضوئية لإنتاج المياه العذبة من الغلاف الجوي‏ بما يعادل لترين من الماء خلال مدة اسبوعين ويسعى الباحثون لزيادة هذا المعدل
  • ‏نظام متكامل ينتج الكهرباء بالمياه العذبة والمحاصيل‏
  • ‏التطبيق مع الحد الأدنى من القيود الجيولوجية‏ والجغرافية

مصدر الدراسة

An integrated solar-driven system produces electricity with fresh water and crops in arid regions – ScienceDirect

مقالات قد تهمك

ألواح شمسية لإنتاج الماء من الهواء لأغراض التبريد والشرب والزراعة WEC2P

نظام كراتكي للزراعة دون تربة : زراعة منزلية بدون مجهود أو تكاليف

هل يمكن أن ينفد الأكسجين من العالم بسبب حرائق الغابات ؟

ورد النيل ( صفير الماء ) النبتة الجميلة التي أزعجت العالم وأكلها التايلانديون

جهاز لحصاد الأمطار وبخار الماء للزراعة العائمة في المياه المالحة

تربة يمكنها سحب الماء من الهواء وتوزيعه على النباتات

جهاز يحول كل كيلوجرام من البلاستيك إلى لتر كامل من الوقود

إسفلت من البلاستيك أقوى بـ 3 مرات من العادي !

Share on Twitter Share on Facebook Share on Pinterest Share on Email Share on SMS Share on WhatsApp Share on Telegram
  • بيئة
رابط المقال : https://wp.me/pazaUR-6f5
الوسوم:زراعة, زراعة الصحراء, طاقة شمسية

اترك تعليقاً إلغاء الرد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

19 − ثمانية عشر =

هذا الموقع يستخدم Akismet للحدّ من التعليقات المزعجة والغير مرغوبة. تعرّف على كيفية معالجة بيانات تعليقك.

تصفّح المقالات

← هل تحتاج أعمالك إلى تصميم موشن جرافيك؟
ما هي متلازمة رامزي هانت ؟ →
  • رائج

    أدوات مجانية للمصممين والمهندسين لتصميم منتجات صديقة للبيئة

    less than 1 min read No comments 27134 views

    فيديو : تقنية تعقيم الآفات بالإشعاع الذري !

    less than 1 min read No comments 27033 views

    أفكار إعادة تدوير إطارات السيارات المستعملة

    less than 1 min read 4 تعليقات 24830 views

    المضخات الحرارية الأرضية : تبريد صيفاً وتدفئة شتاءاً

    less than 1 min read No comments 17653 views

    أفكار لإعادة التدوير 3 : بالصور أفكار رائعة لإعادة تدوير الورق في المنزل

    less than 1 min read 17 تعليق 16311 views

    فواكه استوائية عجيبة لا تعرفها !

    less than 1 min read 3 تعليقات 13673 views
  • أحدث المقالات في هذا القسم

    5 حشرات اقتصادية خارقة يمكنها إنقاذ العالم!

    9 أشهر ago less than 1 min read

    تدوير المياه العادمة إلى وقود ومعادن ثمينة وغذاء!

    10 أشهر ago less than 1 min read

    مبردات الفحم التي تعمل بلا كهرباء !

    10 أشهر ago less than 1 min read

    نظام كراتكي للزراعة دون تربة : زراعة منزلية بدون مجهود أو تكاليف

    10 أشهر ago less than 1 min read

    بالفيديو : معدن سائل يحول ثاني أكسيد الكربون إلى كربون بمجرد لمسه

    سنة واحدة ago less than 1 min read

    هل يمكن أن ينفد الأكسجين من العالم بسبب حرائق الغابات ؟

    سنتين ago less than 1 min read
  • اشترك في نشرتنا البريدية

    • اقتصاد وأعمال (72)
    • تعليم (45)
    • تقنية (282)
    • تنمية (112)
    • حقائق و شائعات (29)
    • صحة (444)
    • علوم (232)
    • فنون (38)
    • مقالات-الكتاب (32)
    • منوعات (194)
    • Facebook
    • Twitter
↑
© 2023 مجلة رؤى
مجلة رؤى
 

تحميل التعليقات...