Wahandisi wa MIT na washirika walitengeneza nishati ya jua desalination kifaa ambacho huepuka masuala ya kuziba chumvi ya miundo mingine.
Wahandisi huko MIT na Uchina wanakusudia kugeuza maji ya bahari kuwa maji ya kunywa na kifaa kisicho na kitu kilichochochewa na bahari na kinachoendeshwa na jua.
Katika karatasi inayoonekana kwenye jarida Joule, timu inaeleza muundo wa mfumo mpya wa kutoa chumvi kwa jua ambao huchukua maji ya chumvi na kuipasha kwa mwanga wa asili wa jua.
Usanidi wa kifaa cha kuondoa chumvi huruhusu maji kuzunguka katika sehemu zinazozunguka, kama vile mzunguko wa bahari wa "thermohaline" mkubwa zaidi. Mzunguko huu, pamoja na joto la jua, huvukiza maji, na kuacha chumvi nyuma. Kisha mvuke wa maji unaotokana unaweza kufupishwa na kukusanywa kama maji safi ya kunywa.
Wakati huo huo, chumvi iliyobaki inaendelea kuzunguka na nje ya kifaa, badala ya kukusanya na kuziba mfumo.
Mfumo mpya wa uondoaji chumvi una kiwango cha juu cha uzalishaji wa maji na kiwango cha juu cha kukataa chumvi kuliko dhana zingine zote za uondoaji chumvi wa jua zinazojaribiwa sasa.
Watafiti wanakadiria kuwa ikiwa mfumo huo utaongezwa hadi saizi ya koti ndogo, inaweza kutoa lita 4 hadi 6 za maji ya kunywa kwa saa na kudumu miaka kadhaa kabla ya kuhitaji sehemu nyingine. Kwa kiwango na utendaji huu, mfumo unaweza kuzalisha maji ya kunywa kwa kiwango na bei ambayo ni nafuu kuliko maji ya bomba.
Mtihani wa nje wa mfano chini ya jua asilia. Sadaka za picha: Jintong Gao na Zhenyuan Xu / MIT
"Kwa mara ya kwanza, inawezekana kwa maji, yanayotolewa na mwanga wa jua, kuwa nafuu zaidi kuliko maji ya bomba," anasema Lenan Zhang, mwanasayansi wa utafiti katika Maabara ya Utafiti wa Kifaa cha MIT.
Timu inatazamia kuwa kifaa cha kuongeza chumvi kinaweza kutoa maji ya kunywa ya kutosha ili kukidhi mahitaji ya kila siku ya familia ndogo. Mfumo huo unaweza pia kusambaza jamii za pwani ambazo maji ya bahari yanapatikana kwa urahisi.
Waandishi wenza wa masomo ya Zhang ni pamoja na mwanafunzi aliyehitimu MIT Yang Zhong na Evelyn Wang, Profesa wa Uhandisi wa Ford, pamoja na Jintong Gao, Jinfang You, Zhanyu Ye, Ruzhu Wang, na Zhenyuan Xu wa Chuo Kikuu cha Shanghai Jiao Tong nchini China.
Convection yenye nguvu
Mfumo mpya wa kuondoa chumvi wa timu unaboreshwa muundo uliopita - dhana sawa ya tabaka nyingi, inayoitwa hatua. Kila hatua ilikuwa na kivukizo na kibandio kilichotumia joto kutoka kwa jua kutenganisha chumvi na maji yanayoingia.
Ubunifu huo, ambao timu ilijaribu kwenye paa la jengo la MIT, ilibadilisha kwa ufanisi nishati ya jua kuyeyusha maji, ambayo yalibadilishwa kuwa maji ya kunywa.
Lakini chumvi iliyosalia ilijilimbikiza haraka kama fuwele ambazo zilifunga mfumo baada ya siku chache. Katika mpangilio wa ulimwengu halisi, mtumiaji atalazimika kuweka hatua mara kwa mara, ambayo ingeongeza kwa kiasi kikubwa gharama ya jumla ya mfumo.
Katika jitihada za ufuatiliaji, wao ilibuni suluhu na usanidi sawa wa tabaka, wakati huu na kipengele kilichoongezwa ambacho kilisaidia kusambaza maji yanayoingia pamoja na chumvi yoyote iliyobaki. Ingawa muundo huu ulizuia chumvi kutua na kukusanyika kwenye kifaa, ilitoa maji chumvi kwa kiwango cha chini.
Katika marudio ya hivi punde, timu inaamini kuwa imejikita kwenye muundo wa mfumo wa kuondoa chumvi ambao unafanikisha kiwango cha juu cha uzalishaji wa maji, na kukataliwa kwa chumvi nyingi, kumaanisha kuwa mfumo unaweza kutoa maji ya kunywa kwa haraka na kwa uhakika kwa muda mrefu.
Ufunguo wa muundo wao mpya ni mchanganyiko wa dhana zao mbili za hapo awali: mfumo wa hatua nyingi wa vivukizi na vikondomushi, ambavyo pia vimeundwa ili kuongeza mzunguko wa maji - na chumvi - ndani ya kila hatua.
"Sasa tunatanguliza njia yenye nguvu zaidi, ambayo ni sawa na ile tunayoona kawaida baharini, kwa mizani ya urefu wa kilomita," Xu anasema.
Mzunguko mdogo unaozalishwa katika mfumo mpya wa timu ni sawa na upitishaji wa "thermohaline" baharini - jambo ambalo huendesha harakati za maji duniani kote, kulingana na tofauti za joto la bahari ("thermo") na salinity ("haline" )
"Maji ya bahari yanapowekwa hewani, mwanga wa jua husukuma maji kuyeyuka. Mara tu maji yanapoondoka kwenye uso, chumvi inabaki. Na kadiri kiwango cha chumvi kilivyo juu, ndivyo kioevu kinavyozidi kuwa mnene, na maji haya mazito yanataka kutiririka kuelekea chini,” Zhang anaelezea.
"Kwa kuiga matukio haya ya upana wa kilomita katika kisanduku kidogo, tunaweza kuchukua fursa ya kipengele hiki kukataa chumvi."
Kugonga nje
Moyo wa muundo mpya wa timu ni hatua moja inayofanana na kisanduku chembamba, kilichowekwa juu na nyenzo nyeusi ambayo inachukua kikamilifu joto la jua. Ndani, sanduku limegawanywa katika sehemu ya juu na ya chini.
Maji yanaweza kutiririka kupitia nusu ya juu, ambapo dari huwekwa safu ya evaporator ambayo hutumia joto la jua ili kupata joto na kuyeyusha maji yoyote yanapogusana moja kwa moja. Kisha mvuke wa maji hutiwa ndani ya nusu ya chini ya kisanduku, ambapo safu ya hewa iliyoganda hupoza mvuke kuwa kioevu kisicho na chumvi, kinachoweza kunywa.
Watafiti waliweka kisanduku chote kwa kuinamisha ndani ya chombo kikubwa, tupu, kisha wakaunganisha bomba kutoka nusu ya juu ya kisanduku hadi chini ya chombo, na kuelea chombo kwenye maji ya chumvi.
Katika usanidi huu, maji kwa kawaida yanaweza kusukuma juu kupitia bomba na ndani ya kisanduku, ambapo mwelekeo wa kisanduku, pamoja na nishati ya joto kutoka kwa jua, hushawishi maji kuzunguka inapopita. Eddy ndogo husaidia kuleta maji kugusana na safu ya juu ya kuyeyuka huku chumvi ikizunguka, badala ya kutulia na kuziba.
Timu iliunda prototypes kadhaa za kifaa hiki cha kuondoa chumvi, chenye hatua moja, tatu, na 10, na kupima utendaji wao katika maji ya chumvi tofauti, ikiwa ni pamoja na maji ya asili ya bahari na maji ambayo yalikuwa na chumvi mara saba.
Kutokana na vipimo hivi, watafiti walihesabu kwamba ikiwa kila hatua itaongezwa hadi mita ya mraba, itatoa hadi lita 5 za maji ya kunywa kwa saa, na kwamba mfumo unaweza kufuta maji bila kukusanya chumvi kwa miaka kadhaa.
Kwa kuzingatia muda huu ulioongezwa wa maisha, na ukweli kwamba mfumo haufanyi kazi, hauhitaji umeme kuendeshwa, timu inakadiria kuwa gharama ya jumla ya kuendesha mfumo itakuwa nafuu kuliko gharama ya kuzalisha maji ya bomba nchini Marekani.
"Tunaonyesha kuwa kifaa hiki kinaweza kufikia maisha marefu," Zhong anasema. “Hiyo ina maana kwamba, kwa mara ya kwanza, inawezekana kwa maji ya kunywa yanayozalishwa na mwanga wa jua kuwa nafuu kuliko maji ya bomba. Hii inafungua uwezekano wa kuondoa chumvi kwa jua kushughulikia shida za ulimwengu halisi.
"Hii ni mbinu ya kiubunifu sana ambayo inapunguza kwa ufanisi changamoto muhimu katika uwanja wa kuondoa chumvi," anasema Guihua Yu, ambaye hutengeneza mifumo endelevu ya kuhifadhi maji na nishati katika Chuo Kikuu cha Texas huko Austin, na hakuhusika katika utafiti.
"Muundo huo ni wa manufaa hasa kwa mikoa inayokabiliwa na maji yenye chumvi nyingi. Muundo wake wa kawaida huifanya iwe ya kufaa sana kwa uzalishaji wa maji wa kaya, ikiruhusu kubadilika na kubadilika ili kukidhi mahitaji ya mtu binafsi.
Imeandikwa na Jennifer Chu
