تولید آب از هوا با الهام از تار عنکبوت

دانشمندان با الهام از تار عنکبوت و سوسک، روشی کارآمد برای برداشت آب از هوای رقیق با جذب بخار آب و تبدیل آن به مایع را مورد برسی قرار دادند.

دانشمندان در تحقیقات خود با الهام از طبیعت، یک بررسی از ساختارها و ترکیبات مورد استفاده توسط حشراتی مانند عنکبوت و سوسک و گیاهان مختلف برای مدیریت نیازهای آبی در جهان مطرح کرده‌اند. آن‌ها در این طرح آخرین پیشرفت‌ها را در توسعه‌ی ویژگی‌ها و روش‌های سطح مورد نظر، برای پیشبرد راه‌حل‌های کلیدی در برداشت آب مانند هسته‌زایی قطرات، رشد و حذف، جذب و واجذب بخار و تبخیر شدن آب را مورد برسی قرار داده‌اند. این راه حل اگر درست برسی شود، می‌تواند مشکلات کمبود آب شیرین را در آینده حل کند.

رفع کمبود آب شیرین

محققان امیدوارند که اختراع آن‌ها چالش کمبود آب شیرین در جهان را به حداکثر برساند و جایگزین بسیار مناسبی برای آب به دست آمده از رودخانه‌ها، دریاچه‌ها، ذخایر زیرزمینی و اقیانوس‌ها باشد.

این تحقیق توسط استاد دانشگاه واترلو، مایکل تام و دانشجویانی برتر دکترا به نام یی وانگ و وینان ژائو، هدایت شد. این مطاله شامل اسفنج‌ها یا غشاهای سطح بزرگ است که به طور مداوم رطوبت را در محیط طبیعی خود بدون استفاده از ماشین آلات سنگین یا فرآیندهای پیچیده جذب می‌کند.

ایده این اختراع برگرفته شده از تار عنکبوت و سوسک‌ها می‌باشد. مایکل تام رئیس دانشگاه در زمینه کلوئیدهای عملکردی و نانومواد پایدار شرح داد: «تار عنکبوت یک شگفتی مهندسی است. آب به طور موثر توسط وب جذب می‌شود. عنکبوت برای نوشیدن نیازی به رفتن به رودخانه ندارد، زیرا رطوبت هوا را به دام می اندازد».

او در ادامه گفت: «این فرآیند مشابه در زیست سوسک‌ها هم وجود دارد. سوسک‌های صحرای نامیب، آب را از طریق هوای رقیق ایجاد کرده تا قطرات آب درون مه را با ذره‌های بدن خود ترکیب و جذب کنند. این باعث می‌شود رطوبت جمع شده و به داخل دهان جریان یابد».

مهندسی سطح بیومیمتیک

برای اختراع دستگاه جدید، دانشمندان از فرآیندی به نام مهندسی سطح بیومیمتیک استفاده کردند. اساساً آن‌ها با باسازی کردن ساختار سطح منحصر به فرد سوسک از طریق روش امولسیون موم تثبیت شده و همچنین سلولز‌ها، برای ساخت سطوحی که قطرات کوچک آب را جذب کرده و در عین حال قطرات بزرگتر را به سرعت و به طور موثرتری آزاد می‌کنند.

در ادامه‌ی این اختراع دانشمندان مواد خالص کربن صفر (مواد طبیعی و گیاهی) را برای اطمینان بیشتر از پایداری فناوری به دست آمده در مطالعات و آزمایشات خود به کار بردند. این ابزارها تقریباً به طور جادویی قطرات آب را جذب و دفع می‌کنند و عمل برداشت آب از هوا را به درستی انجام می‌دهد. آن‌ها از قدرت علم و فناوری نانو به طرز چشم‌گیری بهره گرفتند.

درواقع در روش موجود با استفاده از حداقل مقدار انرژی آب را از هوا می‌گیرند تا بتوانند با این روش به طور موثری رطوبت‌زدایی را ایجاد کنند. از آنجایی که این راه‌حل ارزان، کم مصرف و سازگار با محیط زیست بوده، محققان اکنون به دنبال مقیاس گذاری در فرآیند خود هستند.

این اولین پیشرفتی نیست که شاهد تولید آب از هوای رقیق هستیم. در 22 آوریل Interesting Engineering در مورد شرکتی به نام SOURCE Global گزارش داد که با استفاده از پنل‌های آبی ساخت خودش، انرژی خورشید را به کار می‌برده تا از طریق هوا به آب آشامیدنی تمیز برسد. مخزن آب شرکت حتی می تواند به راحتی مستقیماً در شیر آشامیدنی ساختمان‌ها انتقال داده شود و سپس با پردازش محلول آب حتی وعده‌ی طعم واقعی آن را هم تضمین کند.

دختران و زنان به طور متوسط روزانه 200 میلیون ساعت برای جمع آوری آب صرف می کنند. این انگیزه اصلی شرکت ما بود که دیگر زنان نباید مجبور به حمل آب باشند. این الهام بخش کودی فریسن (بنیانگذار) شد تا راهی بیابد که آب را از این منبع نامحدود بخار آب موجود در هوا بگیرد و در دسترس افرادی که به آن نیاز دارند قرار بدهد.

ممکن است هوای اطراف ما حاوی تمام چیزهایی باشد که برای زنده ماندن نیاز داریم. این اختراعات قطعا نشان می‌دهد که با کمی نبوغ و بهره‌برداری درست، بخار آب می‌تواند قابلیت‌های بسیاری برای ما داشته باشد.

کمبود آب شیرین به دلیل تغییر شرایط آب و هوایی به یک مسئله جهانی تبدیل شده که رشد فناوری‌های برداشت آب در همه‌ی شرایط آب و هوایی را تحریک کرده است. پیشرفت‌های اخیر در تنظیم ویژگی‌های سطحی برای به کار بردن ویژگی‌های جذب آزادسازی آب، توجه فزاینده‌ای را برای کاربردهای برداشت آب مانند برداشت مه، شبنم، رطوبت و تبخیرهای خورشیدی به خود جلب کرده است. این بررسی مروری بر طراحی سطوح و دستکاری اجزای فعال برای تنظیم رفتار قطرات آب در سیستم‌های مختلف برداشت آب ارائه می‌دهد.

رسیدن به هدفی جامع و عالی برای توسعه بیشتر یک سیستم برداشت آب از هوا به صور پایدار، بی‌شک در تحقیقات اساسی‌ و اجرای عملی‌تر نمود پیدا خواهد کرد.