تصفیه نانویی آب و فاضلاب

گروه تأسیسات: خورشید منبع بی پایان انرژی است،هر چه از این ستاره آتشین انرژی بخواهیم،کم است.دانشمندان با علم به این موضوع و باهدف کاهش آلودگی های زیست محیطی استفاده از انرژی خورشید را در اولویت قرار داده اند.در همین رابطه محققان دانشگاه رایس به تازگی پرده از راز یک فنّاوری جدید برداشته اند که می تواند انقلابی در دنیای علم برپا کند.با استفاده از این فناوری نوین می توان با کمک گرفتن از ذرات نانو،انرژی خورشیدی را مستقیم به بخارآب تبدیل کرد.بخارآب به دست آمده از این روش را بخار خورشیدی نامیده اند.آزمایشگاه دانشگاه رایس با معرفی این فنّاوری جدید مدعی شده که می تواند از آب سرد و یخ زده،بخار تولید کند.این مخترعان انتظار دارند؛ روش فوق بتواند در وهله نخست برای تصفیه آب و فاضلاب آن هم در کشورهای درحال توسعه به کار گرفته شود.برآوردها حاکی از آن است که درمجموع کارایی این روش چیزی حدود 24 درصد است.در مقام مقایسه یادآوری می شود؛صفحات خورشیدی فتوولتائیک معمولاً چیزی حدود 15 درصد کارایی دارند.محققان می گویند؛ به هیچ وجه انتظار ندارند از این روش برای تولید انرژی الکتریکی استفاده شود،بلکه بیشتر امیدوارند روش ابداعی آن ها بتواند برای تصفیه آب و فاضلاب مورداستفاده قرار گیرد.پروفسور نائومی هالاس ،مدیر این پروژه می گوید:بحث بر سر فنّاوری منحصربه فردی است که به جز تولید الکتریسیته حرف های زیادی برای گفتن دارد.با استفاده از این روش، نحوه تفکر انسان ها نسبت به بهره برداری از انرژی خورشیدی کاملا دگرگون خواهد شد. بخار خورشیدی چگونه حاصل می شود؟ ایده تولید بخار در محل به نظر غیرممکن است،اما این ایده در حال حاضر به منصه ظهور رسیده است. عملکرد منحصربه فرد روش بخار خورشیدی به واسطه ذرات نانویی ویژه ای است که تیم تحقیقاتی موفق به تولید آن ها شده است.این ذرات می تواند بخش قابل توجهی از انرژی نور خورشید را به خود جذب کند.این ذرات نانو قابلیت دارد نور خورشید را مستقیم به حرارت تبدیل کند.وقتی ذرات نانو در آب غوطه ور می شوند و در معرض نور خورشید قرار می گیرد،درجه حرارت آن ها به طرز شگفت آوری افزایش پیدا می کند.افزایش آنی درجه حرارت این ذرات سبب می شود آب یا یخ با سرعت به بخار تبدیل شود. پروفسور هالاس می گوید: کارایی فوق العاده این انرژی می تواند به شدت در تصفیه مؤثر واقع شود.البته ما در حال انجام کاری متمایز هستیم.درواقع قصد داریم از دوران گرم کردن آب در مقیاس ماکرو به عصر جدید جوشاندن آب سرد در مقیاس نانو برسیم.ذراتی که ما از آن ها صحبت می کنیم،خیلی کوچک هستند، حتی کوچک تر از طول موج های نوری و این یعنی سطح ذرات برای پراکندن و بازتاباندن نور هم فوق العاده کوچک است.افزایش شدید درجه حرارت این امکان را برای محققان به وجود آورده که بتوانند در محل،بخار تولید کنند، اما این موضوع را هم در نظر داشته باشید که بخار روی سطح ذرات نانو تشکیل می شود.در این فناوری نانو ذرات جادویی از آب سرد و یخ زده،بخار تولید می کند.مخترعان انتظار دارند این روش بتواند برای تصفیه آب و فاضلاب، آن هم در کشورهای درحال توسعه به کار گرفته شود. در همین خصوص اورا نیومن ،یکی از دانشجویان فارغ التحصیل دانشگاه رایس،برای اثبات عملی بودن این ایده یک لوله آب آزمایشگاهی را که حاوی ذرات نانو فعال بود، در یک حوضچه آب یخ غوطه ور می سازد.خانم نیومن از یک لنز مخصوص استفاده کرد تا از این طریق بتواند نور خورشید را بر مخلوط لوله آزمایش که درجه حرارت آن نزدیک به نقطه انجماد است،متمرکز کند.فیلم ها و تصاویر برداشت شده نشان می دهد؛ وی توانسته یخ را به سرعت به بخار تبدیل کند. فواید گران بهای بخار خورشیدی بخار یکی از پرکاربردترین سیالات صنعتی است و حدود 90 درصد برق جهان از بخار تولید می شود. از بخار برای استریل زباله های پزشکی و ابزارهای جراحی استفاده می شود.استفاده از بخار برای آماده کردن غذا و تصفیه آب نیز جایگاه خاص خود را دارد.بخش اعظم بخار صنعتی در بویلرهای بزرگی تولید می شود که برای تولید حرارت از زغال سنگ یا نفت استفاده می کنند.به گفته پروفسور هالاس؛کاربری گسترده بخار خورشیدی این امکان را فراهم می سازد که تولید بخار ازنظر اقتصادی مقرون به صرفه تر باشد.مهم تر از آن تولید بخار در مقیاس های خیلی کوچک است.البته مهندسان دانشگاه رایس،پیش تر اتوکلاوهایی ازاین دست را برای استریل وسایل پزشکی و ابزارهای دندانپزشکی کلینیک هایی که با کمبود برق مواجه هستند،طراحی کردند. پروفسور هالاس به تازگی موفق شده جایزه مرکز بیل و ملیندا گیتز را به دلیل طراحی و ساخت یک سیستم اولترا در مقیاس فوق العاده کوچک به دست بیاورد.این سیستم قابلیت دارد فاضلاب انسانی را در مناطقی که با کمبود برق روبه روست یا در مناطقی که به هیچ وجه سیستم های تصفیه فاضلاب ندارد،تصفیه کند.خانم نیومن معتقد است؛بخار خورشیدی به دلیل کارایی اش بسیار موردتوجه بازار قرار خواهد گرفت.این فنّاوری مستلزم استفاده گسترده از پانل های خورشیدی نیست.درواقع تجهیزات لازم برای بهره برداری از این فنّاوری بسیار کوچک است،به عنوان مثال؛شاید حتی چند سانتی مترمربع هم برای پیاده سازی تجهیزات آن کفایت کند.یکی دیگر از پتانسیل های استفاده از این فنّاوری در سیستم های تهویه مطبوع و گرمایشی است که مصرف برق قابل توجهی دارد.تجربه های گوناگون پروفسور هالاس و همکارانش درزمینهٔ تقطیر نیز نشان می دهد؛کارایی بخار خورشیدی حدود 5/2 مرتبه بیشتر از ستون های تقطیری است که در حال حاضر از آن ها استفاده می شود.