الطاقة
فهم جديد للتبخر قد يرى الفوتونات تحسين عمليات التحلية من خلال “التأثير الضوئي الجزيئي”
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
حتى وقت قريب، كان هناك عدد قليل من المتغيّرات المتفق عليها التي يمكن أن تؤدي إلى/تؤثر على تبخر الماء – العملية التي يتحول فيها الماء من سائل إلى غاز. ومع ذلك، فإن البحث الجديد الصادر عن معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) يستعد لقلب هذا المفهوم، مشيراً إلى فهم جديد لكيفية قدرة الفوتونات البسيطة (الضوء) على لعب دور كبير في العملية. ومع وضع ذلك في الاعتبار، وجد الباحثون أن الفوتونات يمكن أن تتبخر الماء سواءً إلى جانب الحرارة أو في غيابها.
المتغيّرات السابقة
قبل الغوص في سبب أهمية هذا الاكتشاف، خذ لحظة لتجديد معلوماتك حول القائمة السابقة للمتغيّرات التي تلعب دورًا في التبخر.
- Heat: السبب الرئيسي للتبخر هو الحرارة. جزيئات الماء دائمًا في حركة، ومع اكتسابها للطاقة الحرارية، تزداد حركتها. عندما تكون الطاقة كافية لتجاوز القوى بين الجزيئات التي تُبقي الجزيئات معًا في السائل، يمكنها الهروب إلى الهواء على شكل بخار.
- Surface Area: معدل التبخر يعتمد أيضًا على مساحة سطح الماء. مساحة سطح أكبر تسمح بوجود المزيد من الجزيئات معرضة للهواء، حيث يمكنها التبخر.
- Humidity: كمية بخار الماء الموجودة بالفعل في الهواء تؤثر على التبخر. إذا كان الهواء مشبعًا بالفعل ببخار الماء، سيكون التبخر أبطأ. ذلك لأن ارتفاع الرطوبة يقلل من معدل التبخر بسبب انخفاض قدرة الهواء على استقبال جزيئات ماء إضافية.
- Air Movement: الرياح أو حركة الهواء يمكن أن تحمل بخار الماء بعيدًا عند تكوينه، مما يقلل من الرطوبة مباشرة فوق الماء ويسمح بمزيد من التبخر.
- Pressure: الضغط الجوي يؤثر أيضًا على التبخر. عندما يكون الضغط الجوي أقل، يغلي الماء عند درجة حرارة أقل ويتبخر أسرع. الضغط الجوي العالي يمكن أن يعيق التبخر.
- Temperature of the Water: إلى جانب مصادر الحرارة الخارجية، فإن درجة حرارة الماء نفسها عامل مهم. الماء الدافئ يتبخر أسرع لأن جزيئاته تمتلك طاقة أكبر في المتوسط.
في الأساس، يتبخر الماء عندما تمتلك جزيئاته طاقة كافية لتتحرر من الحالة السائلة وتصبح بخار ماء. تتأثر هذه العملية بدرجة الحرارة، والرطوبة، والضغط، والرياح، والخصائص الفيزيائية لجسم الماء نفسه. الآن، يمكننا إضافة التعرض للفوتونات إلى القائمة.
لا يجب الخلط بين
من المهم أيضًا فهم الفرق بين التبخر والعمليات التالية.
Vaporization: مصطلح عام يشمل التبخر ولكنه يشمل أيضًا الغليان، حيث يتحول السائل إلى بخار عند نقطة غليانه عبر كامل حجم السائل.
Condensation: العملية العكسية للتبخر التي تنطوي على تبريد الغاز، مما يؤدي إلى انتقاله إلى الحالة السائلة.
التبخر، من ناحية أخرى، هو نوع من التبخر يحدث على سطح السائل تحت نقطة غليانه.
كيف تم تحقيق ذلك؟
فكيف اكتشف باحثو MIT أن الفوتونات يمكن إضافتها إلى قائمة المتغيّرات المرتبطة بالتبخر؟ تم الوصول إلى نتائج الفريق من خلال سلسلة من التجارب والمحاكاة التي ركزت على سلوك تبخر الماء عندما يكون محصورًا داخل هيدروجيل. بدأ هذا العمل عندما سعى الفريق لفهم وإعادة تأكيد التجارب السابقة التي أظهرت معدلات تبخر ماء تجاوزت الحد الحراري المتوقع – الحد الأقصى للتبخر الممكن عندما يُطبق مقدار معين من الحرارة.
لإعادة إنشاء هذه النتائج، استخدم الباحثون “محاكيًا شمسيًا”. هنا، تم تعريض الهيدروجيل المشبع لأطوال موجية مختلفة من الضوء في غياب الحرارة. ومن المثير للاهتمام، أظهرت النتائج أنه على الرغم من عدم وجود تأثير للحرارة، حدث فقدان ملحوظ في الكتلة مع مرور الوقت، وكانت الفروق الأكثر وضوحًا عندما استُخدم الضوء الأخضر. وبما أن الاستجابة كانت مستقلة عن التأثيرات الحرارية، فقد أكد ذلك أن الضوء، وليس الحرارة، هو سبب التبخر.
في النهاية، اكتشف الباحثون أنه، على عكس التوقعات التقليدية، مكنت تركيبة الماء والهيدروجيل الطاقة من الفوتونات من أن تُستغل لدفع التبخر إلى ما وراء الحدود الحرارية المعروفة. تُسمى العملية الآن “التأثير الضوئي الجزيئي”.
لماذا يهم ذلك؟
يمكن لهذا الاكتشاف لتأثير الضوئي الجزيئي أن يحدث ثورة في عدة صناعات وعلوم بيئية. قد يمتد إلى أنظمة تخزين الطاقة المتجددة واستعادتها، حيث تكون معدلات التبخر المتحكم فيها أمرًا حيويًا. على سبيل المثال، قد يؤدي ذلك إلى تطوير مواد أو أسطح جديدة مصممة لتعظيم تبخر الماء لتخزين الطاقة في المناخات الجافة.
في الزراعة، قد يُستخدم هذا المبدأ لتطوير أنظمة ري أكثر كفاءة تقلل فقدان الماء عن طريق تقييد التعرض لأطوال موجية معينة، وبالتالي الحفاظ على الماء مع استمرار نمو النباتات.
في مجال الأرصاد الجوية، قد يحسن فهم تأثير الضوئي الجزيئي نماذج التنبؤ بالطقس من خلال توفير تمثيل أكثر دقة لديناميكيات دورة الماء.
بالإضافة إلى ذلك، قد تشهد الصناعات الدوائية والغذائية، التي تعتمد غالبًا على عمليات تجفيف دقيقة، تحسينات في كفاءة التحكم في إزالة الرطوبة من المنتجات.
أخيرًا، في تخطيط المدن وتطوير الهندسة المعمارية المستدامة، قد يلهم هذا الاكتشاف أنظمة تبريد مبتكرة تستخدم الطاقة الشمسية بشكل أكثر كفاءة، مما يقلل الاعتماد على تكييف الهواء التقليدي ويساهم في تصاميم مبانٍ موفرة للطاقة.
الأولون المستفيدون من الفوتونات
بينما هناك مجموعة واسعة من الصناعات التي قد تشهد تحسينات في كفاءة عملياتها من خلال هذا الفهم الجديد للتبخر، يعتقد الباحثون وراء هذا الاكتشاف أن المثال الأكثر وضوحًا سيكون تلك المتورطة في التحلية الشمسية للمياه المالحة.
التحلية هي ببساطة العملية التي تُزال فيها الأملاح والمعادن من الماء، لتصبح صالحة للاستهلاك والري. مع تزايد الاعتماد على الطاقة المتجددة، تُشغل هذه العملية بشكل متزايد بالطاقة الشمسية. فيما يلي بعض الشركات المشاركة في التحلية الشمسية، والتي قد تستفيد قريبًا من النتائج المذكورة أعلاه.
Consolidated Water (CWCO ) (NASDAQ: CWCO): مقرها جزر كايمان، نمت Consolidated Water منذ تأسيسها في عام 1973 لتصبح شركة متعددة الجنسيات متخصصة في محطات تحلية مياه البحر.
https://youtu.be/RPhuseNYN7M
في وقت كتابة هذه السطور، كانت Consolidated Water تفتخر بالمقاييس التالية.
القيمة السوقية:$465,675,764
معدل السعر إلى الأرباح المتوقع 1 سنة: 20.06
ربحية السهم (EPS): N/A
Solar Water Plc: هذه الشركة البريطانية طورت تقنية قبة شمسية تهدف إلى تحلية مياه البحر، مستهدفة بشكل خاص المناطق ذات الإشعاع الشمسي العالي والموارد المائية العذبة النادرة.
