سولارابيك، الولايات المتحدة الأمريكية- 27 مارس 2025: طور باحثون في جامعة ولاية أوهايو الأمريكية مادة نانوية مبتكرة على شكل حصائر فائقة الرقة، تعد بتحويل أشعة الشمس مباشرة إلى أداة فعالة لتنقية المياه الملوثة، ما يفتح أفقاً واعداً لمعالجة أزمة نقص مياه الشرب الآمنة التي تؤثر، وفقاً لمنظمة الصحة العالمية، على 2.2 مليار شخص عالمياً، وهو رقم قد يكون أعلى بكثير في الواقع بسبب تفاقم مشكلة تلوث مصادر المياه بالملوثات الصناعية والكيميائية واللدائن الدقيقة.
هياكل نانوية تسخر الشمس لتفكيك الملوثات
ابتكر الفريق العلمي هذه الحصائر النانوية (nanomats) عبر دمج المواد الهلامية الكيميائية اللينة مع تقنية “الغزل الكهربائي”، التي تستخدم قوة كهربائية لتحويل السوائل إلى ألياف دقيقة. تتكون هذه الألياف بشكل أساسي من ثاني أوكسيد التيتانيوم (TiO₂)، وهو مركب معروف استخدامه في الخلايا الشمسية ومستشعرات الغاز، لكن الباحثين أدخلوا تعديلاً جوهرياً بإضافة النحاس. تغلب هذا التعديل على القصور الرئيسي لثاني أوكسيد التيتانيوم التقليدي الذي يقتصر امتصاصه للضوء على الطيف فوق البنفسجي (UV)، وهو جزء ضئيل من أشعة الشمس، مما كان يحد من كفاءته ويتطلب أنظمة ترشيح معقدة. تمتص الهياكل النانوية الجديدة المعززة بالنحاس طيفاً أوسع من الضوء، وتسخر هذه الطاقة بفعالية لتفكيك الملوثات في الماء والهواء. تعلق المؤلفة الرئيسية للدراسة، البروفيسورة بيلاجيا-إيرين غوما، أستاذة علوم وهندسة المواد بالجامعة، قائلة: “لم تكن هناك طريقة سهلة لصنع شيء كالبطانية تضعه على الماء ليبدأ بتوليد الطاقة، لكننا الوحيدون الذين صنعوا هذه الهياكل وأثبتوا فعاليتها.”
آلية تنقية معززة وكفاءة تتفوق على الخلايا الشمسية
تعتمد آلية عمل الحصائر النانوية على امتصاص ثاني أوكسيد التيتانيوم للضوء، مما يؤدي إلى تكوين إلكترونات تعمل على أكسدة جزيئات الماء وتدمير الملوثات الموجودة فيه. تضاعف إضافة النحاس من سرعة وفعالية هذه العملية بشكل ملحوظ. وقد كشفت دراسة الفريق لهذه الحصائر عن خصائص فريدة فاجأت الباحثين أنفسهم؛ إذ أظهرت تفوقاً في قدرتها على توليد الطاقة تحت ضوء الشمس الطبيعي مقارنة بالخلايا الشمسية التقليدية. توضح غوما: “يمكن استخدام هذه الحصائر كمولد للطاقة أو كأدوات لمعالجة المياه. وفي كلتا الحالتين، لديك محفز يتمتع بأعلى كفاءة تم تسجيلها حتى الآن.”
إمكانات عملية واسعة وحلول صديقة للبيئة
تتميز هذه الحصائر المصنوعة من الألياف بكونها خفيفة الوزن، قابلة لإعادة الاستخدام، وسهلة الإزالة، كما يمكنها أن تطفو ببساطة على سطح أي مسطح مائي. تُبشّر هذه الخصائص بإمكانات هائلة لتطبيقها في تنقية مصادر المياه الملوثة، خاصة في البلدان النامية حيث يمكن للأنهار والبحيرات الملوثة بالصرف الصناعي أن تتحول إلى مصادر لمياه شرب آمنة. يبرز هذا الابتكار كحل صديق للبيئة، لأنه لا ينتج أي مخلفات ثانوية سامة خلال عملية التنقية. تؤكد غوما: “إنها مادة آمنة، لن تسبب أي ضرر، وهي نظيفة قدر الإمكان.” يتطلع فريق البحث مستقبلاً إلى مواصلة تحسين خصائص المادة، التي وصفتها غوما بأنها “جديدة تمامًا كشكل من تكنولوجيا النانو، ومثيرة للإعجاب حقًا.”
تابعونا على لينكيد إن Linked–in لمعرفة كل جديد في مجال الطاقة المتجددة والسيارات الكهربائية…
نتمنى لكم يوماً مشمساً!
المصدر: interesting engineering
image credit: canva
