زومیت/ پژوهشگران هنگ‌کنگی هواژلی نوآورانه ساخته‌اند که با ساختاری متخلخل، سبک و مقاوم، می‌تواند آب دریا را به روشی ساده و مقیاس‌پذیر به آب شیرین تبدیل کند.

زمین از فاصله‌ی دور، مثل گوی آبی درخشان می‌درخشد. اما این سیاره‌ی به‌ظاهر آبی در تأمین آب آشامیدنی برای ساکنانش با بحرانی رو‌به‌رو است که هر روز جدی‌تر می‌شود. اگرچه ۷۱ درصد از سطح زمین با آب پوشیده شده، حدود ۹۷ درصد از آب در اقیانوس‌ها قرار دارد. بیشتر منابع آبی زمین شور، غیرآشامیدنی یا دست‌نیافتنی‌اند. در نهایت، تنها ۰٫۳ درصد از منابع آب شیرین زمین، در رودخانه‌ها، جویبارها، دریاچه‌ها، تالاب‌ها و چشمه‌ها و در دسترس بشر قرار دارد.

آب آشامیدنی بسیار نادر است و اکنون، همین مقدار اندک نیز در خطر قرار دارد. میلیاردها نفر در سراسر جهان با دسترسی محدود به آب آشامیدنی زندگی می‌کنند یا فقط به آب آلوده دسترسی دارند، آبی که ممکن است ناقل بیماری‌های کشنده‌ای مانند وبا، اسهال خونی، فلج اطفال یا حصبه باشد. در بسیاری از مناطق، فقدان واکسن یا خدمات درمانی کافی، این تهدید را به فاجعه‌ای تمام‌عیار تبدیل کرده است.

شیرین‌سازی آب دریا یکی از معدود گزینه‌هایی است که می‌تواند معادله را تغییر دهد. برخی سامانه‌ها موادی متخلخل را به کار می‌برند که با جذب آب و تبخیر آن از طریق نور خورشید، آب شور را به آب شیرین تبدیل می‌کنند. اما این روش‌ها نیز با مشکلی قدیمی درگیرند؛ وقتی سامانه‌ها در مقیاس بزرگ پیاده‌سازی می‌شوند، کارایی به‌طرز محسوسی کاهش می‌یابد. دلیلش ساده است، منافذ بسیار ریز و مرزهای ضخیم، مانع خروج بخار آب می‌شوند.

به‌گزارش ارزتکنیکا، اکنون تیمی از پژوهشگران دانشگاه پلی‌تکنیک هنگ‌کنگ، به راه‌حلی نوین دست یافته‌اند. تیم هنگ‌کنگی با ابداع نوعی هواژل فوتوترمال پیشرفته که تنها با انرژی خورشیدی کار می‌کند، روش تازه‌ای برای شیرین‌سازی آب دریا معرفی کرده‌اند. این نوآوری هم بازدهی بالایی دارد، هم برای استفاده در ابعاد بزرگ‌تر قابل‌اتکاست. بنابریان، می‌تواند چشم‌انداز تأمین آب را برای جمعیت‌های پرمخاطره‌ی جهان دگرگون کند.

شاه‌کلید حل مسئله‌ای شور

هواژل یا ائروژل، ماده‌ای جامد و سبک است که بیش از ۹۰ درصد حجم آن را هوا تشکیل می‌دهد و به دلیل ساختار متخلخل نانومقیاس، دارای رسانایی حرارتی و چگالی بسیار پایین است. این ماده به‌دلیل خواص منحصر‌به‌فرد، از جمله عایق‌بندی حرارتی و صوتی عالی، مقاومت مکانیکی مناسب نسبت به وزن و شفافیت در برخی انواع، کاربردهای گسترده‌ای دارد.

شی شن، پژوهشگر در دانشگاه پلی‌تکنیک هنگ‌کنگ و سرپرست تیم، در مقاله‌ی منتشرشده توضیح می‌دهد برای دستیابی به عملکرد مطلوب، باید روی سه عامل تمرکز کرد: متمرکزسازی گرما، انتقال کارآمد آب و بخار. پژوهشگران در طراحی هواژل جدید، بهینه‌سازی این سه عامل را در اولویت قرار داده‌اند.

هواژل جدید با استفاده از نانولوله‌های کربنی و نانوالیاف سلولز ساخته شده و به‌صورت لایه‌به‌لایه با چاپ سه‌بعدی تولید شده است. در هر مرحله، لایه‌ی چاپ‌شده بلافاصله منجمد شده تا ساختاری سخت و پایدار ایجاد شود. این فرآیند باعث شکل‌گیری منافذی یکنواخت با مرزهایی نازک شده که خروج بخار را به‌مراتب آسان‌تر می‌کند.

در آزمایش‌های علمی، پژوهشگران هواژل را در لیوانی حاوی آب دریا قرار دادند و روی آن پوششی شفاف گذاشتند. نور خورشید از پوشش عبور کرد و با گرم‌کردن ماده، فرآیند تبخیر آغاز شد. بخار روی سطح درپوش متراکم و از طریق قیفی به ظرفی دیگر منتقل شد. حاصل کار، حدود سه قاشق غذاخوری آب شیرین بود.

برخلاف اغلب نمونه‌های قبلی، هواژل حتی در مقیاس بزرگ نیز از نظر عملکرد دچار افت نمی‌شود. مهم‌تر از آن، دوام بالایش در آزمایش‌های چندروزه بدون هیچ نشانه‌ای از کاهش کارایی است. به‌گفته‌ی شن، هنوز نمی‌توان درباره‌ی طول عمر یا زمان تعویض هواژل با قطعیت نظر داد، اما پژوهش‌های میدانی گسترده‌تری در راه است. این هواژل تازه‌نفس، شاید همان چیزی باشد که آینده‌ی تأمین آب شیرین را نه در رویا، بلکه در دنیای واقعی دگرگون می‌کند.

مقاله در نشریه ACS Energy Letters منتشر شده است.