باحثون يصممون جهازًا يشبه الأسفنجة لتسخين المياه عبر أشعة الشمس

تمكن باحثون في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT)  من خلق جهاز يشبه الأسفنجة يعتمد على مواد تجمع بين الحرارة والفوم والمواد الموصلة يمكنه غلي الماء بواسطة أشعة الشمس، ويعتقد العلماء أن الجهاز يوفر وسيلة جديدة لتسخين المياه في المنازل والمنشآت الصناعية بتكلفة منخفضة، حيث تعتمد الطرق التقليدية لإنتاج البخار من الإشعاعات الشمسية  على عدسات ومرايا غالية لتركيز الضوء، ويأتي الابتكار الجديد بتكلفة رخيصة، والأسفنجة في الاساس هي قطعة من النحاس تمت معالجتها لاستيعاب أجزاء مختلفة من الطيف الكهرومغناطيسي، ما يعني أنه عند تعريضها للشمس فإنها تمتص الحرارة، وعندما تمر المياه خلالها ترتفع درجة حرارة المياه وتتحول إلى بخار، ومن خلال لف الأسفنجة في فقاعة نضمن تركز أشعة الشمس على الأسفنجة ما يضمن تسخين الماء حتى الغليان.

وتوصل الباحثان جورج ني وقانغ تشن في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إلى تصميم نظام تسخين المياه عام 2014، ويتكون الجهاز العائم من رغوة كربون غرافيت حيث تتسرب المياه من خلال المسام الصغيرة ويتحول 85% من ضوء الشمس إلى بخار، وتم اختبار الجهاز فقط باستخدام مصدر ضوء صناعي يعادل ضوء الشمس في الظروف العادية، وحاول العلماء وضع الأداة التي يمكنها تحقيق نتائج مماثلة عند التعرض لأشعة الشمس الطبيعية على السطح، وتم تبادل الغرافيت لتحقيق امتصاص انتقائي، وهو فيلم أزرق رقيق ذات خصائص استيعابية استثنائية تحتفظ بالحرارة، وعند تجريب الجهاز في وعاء من الماء تبيّن أن الكثير من الحرارة لا زالت مفقودة بسبب النقل الحراري مع وجود جزيئات ساخنة من دوامات الهواء حول الجهاز، وتم التغلب على هذه العقبة بفضل ابنة تشين وعمرها 16 عاما والتي استخدمت الفقاعات الشفافة لبناء مشروع مؤقت للاحتباس الحراري للمدرسة، ولاحظ تشين أن ابنته استطاعت الوصول إلى درجة حرارة تصل إلى 160 درجة فهرنهايت (71 مئوية) في فصل الشتاء، وقرر المحاولة بنفس الطريقة.

وجميع تشين وني بين الهيكل وطبقة من الفقاعات ونجحا في محاصرة الحرارة داخل الجهاز، وعندما اختبرت الأسفنجة مرة أخرى في الماء وصلت إلى الغليان، وتحول نحو 20% من أشعة الشمس إلى بخار، والأهم من ذلك أن الجهاز يمكنه تسخين الماء حتى في الأيام الباردة أو الغائمة، وأضاف ني " كنت متشكك في الفكرة في البداية، واعتقدت أن فكرة الفقاعة، كنت أعتقد أن الفقاعات ليست مادة عالية الأداء، وحاولنا لف الفقاعة بفقاعة أكبر لتحقيق مزيد من محاصرة الهواء، وبسبب هذه الفقاعة لم نعد في حاجة إلى المرايا لتركيز أشعة الشمس".

ويتصور الباحثون تقديم إصدارات أكبر من جهازهم مع استخدامه لغرض التدفئة المنزلية والتعقيم أو تحلية مياه البحر، وفي حين أن معظم النظم المعتمدة على مرآة لتركيز أشعة الشمس مكلفة وتستمر حتى 20 عاما أوضح ني أن اختراعه ربما يصل إلى عامين على الأكثر،  إلا أن تكلفة الجهاز منخفضة، واضاف ني " وحتى مع ذلك فالتكلفة تنافسية، إنه نهج مختلف حيث كان الناس يفعلون بالتكنولوجيا الفائقة طويلة الأجل لكننا هنا نقوم بتكنولوجيا منخفضة وعلى المدى القصير".