استرجاع الماء من نفايات التجفيف باستخدام مبرد حراري كهربائي ومساندة هــجـيـنـة من الخلايا الشمسية الحرارية الكهربائية

تحويل نفايات التجفيف إلى مياه صالحة للشرب

في كثير من المناطق الريفية، يواجه المزارعون مشكلتين معاً: كيف يحفظون الغذاء دون حرق وقود مكلف، وكيف يؤمنون ماءً نظيفاً يكفي حاجاتهم. تقدم هذه الدراسة نظاماً شمسياً جديداً يتعامل مع التحديين معاً. يجفف الخضراوات والفواكه باستخدام الشمس، وفي الوقت نفسه يلتقط الماء المتبخر من الطعام والهواء المحيط، محولاً إياه إلى مياه صالحة للشرب — باختصار يحول «نفايات التجفيف» إلى مورد ثمين.

آلة تعمل بالشمس للتجفيف والشرب

قلب النظام عبارة عن لوح شمسي هجيني يسمى مجمع كهرضوئي/حراري (PV/T). بخلاف اللوح الشمسي التقليدي الذي ينتج كهرباء فقط، هذا المجمع يلتقط أيضاً حرارة الشمس. تشغّل الكهرباء مراوح صغيرة ووحدات تبريد، بينما تستخدم الحرارة الملتقطة لتسخين الهواء الذي يُدفع إلى صندوق تجفيف مدمج ومعزول جيداً ومليء بصواني شرائح الطماطم. مع مرور الهواء الدافئ الجاف فوق الشرائح، يسحب الرطوبة منها، محافظاً على الغذاء للتخزين الآمن دون الحاجة إلى وقود أحفوري.

كيف يلتقط النظام الماء غير المرئي

في مجفف عادي، يُهَرب الهواء الرطب الخارج من الحجرة إلى الخارج، ما يهدر كل الماء والطاقة التي استُهلكت لتبخيره. هنا، يُمرر الهواء الرطب الخارج عبر مسار خاص مزود بمبردات حرارية كهربائية — أجهزة شبه موصلة تصبح ساخنة من جهة وباردة من الجهة الأخرى عند تغذيتها بالكهرباء. يتم توجيه حرارة الجانب الساخن المستنفدة مرة أخرى نحو عملية التجفيف، بينما يبرّد الجانب البارد الهواء الرطب إلى ما دون نقطة الندى. مع تبريد الهواء، يتكثف بخار الماء إلى قطرات على الأسطح الباردة ويُجمع في حاوية. يطلق الباحثون على هذا الجمع بين التقنيتين اسم «من التجفيف إلى الشرب» أو D2D، لأنّه لا يتم إهدار طاقة أو مادة عن قصد.

داخل الاختبار: الطماطم، تدفق الهواء، وأشعة الشمس

بنَتْ الفريق واختبر النظام في مدينة دمياط الجديدة على ساحل البحر المتوسط في مصر، وهي منطقة تتمتع بإشعاع شمسي متوسط وهواء رطب نسبياً — ما يجعلها مناسبة لاسترجاع الماء. سخّنت لوحان PV/T الهواء في قناة ضحلة تحتهما وشغّلا أربع مراوح صغيرة. تدفق الهواء المسخّن إلى غرفة تجفيف مكعبة طول ضلعها 40 سم تحوي ثلاث طبقات من شرائح الطماطم. راقبت الحساسات درجات الحرارة والرطوبة وسرعة الهواء وشدة الإشعاع الشمسي طوال اليوم. تحت ظروف نموذجية عمل المجفف بين نحو 30 و53 °م، بمتوسط نحو 40–43 °م — دافئ بما يكفي لحماية جودة الطعام وفي الوقت نفسه فعال في إزالة الرطوبة.

كمية الطاقة والماء التي تم توفيرها

خلال فترة مضيئة استمرت ثماني ساعات، جفّف النظام كيلوجراماً واحداً من الطماطم الطازجة، خافضاً محتواها المائي من أكثر من 900 غرام ماء لكل كيلوجرام إلى نحو 100 غرام لكل كيلوجرام — ما يجعلها آمنة للتخزين والنقل. وفي الوقت نفسه جمع وحدة استرجاع الماء نحو 3.9 لترات من الماء النظيف، مزيج من الرطوبة المنبعثة من الطماطم والماء المستمد من الهواء المحيط. أدت الأجهزة الشمسية أداءً قوياً: بلغت الكفاءة الحرارية (حصة ضوء الشمس المحولة إلى حرارة مفيدة) نحو 53%، وبلغت الكفاءة الكهربائية ذروتها قرب 17%، وتجاوزت الكفاءة المجمعة للحرارة والكهرباء 70%. عملت المبردات الحرارية الكهربائية بكفاءة معتدلة، لكن وضعها الذكي سمح لنفس الأجهزة بأن تساعد في التجفيف وتكثيف الماء في آن واحد، مستخرجة قيمة أكبر من كل واط من طاقة الشمس.

لماذا هذا مهم للمزارعين والمجتمعات

لغير المتخصص، الرسالة الأساسية بسيطة: تستخدم هذه التكنولوجيا ضوء الشمس لتجفيف الطعام وإنتاج الماء في الوقت نفسه، مع هدر ضئيل. من خلال إعادة تدوير الحرارة والتقاط الماء الذي كان سيختفي في الهواء، يقلل النظام الاعتماد على الوقود ويخفض الانبعاثات المسببة للاحتباس الحراري، ويقدّم مصدراً جديداً للماء الآمن — وهو أمر بالغ الأهمية في المناطق الجافة أو المنعزلة عن الشبكة. ومع الحاجة لمزيد من التطوير والتوسع، يشير مفهوم «من التجفيف إلى الشرب» هذا نحو مزارع وأعمال غذائية صغيرة مستقبلية قادرة على حفظ المحاصيل وتأمين المياه وتقليل التلوث مستخدمةً فقط طاقة الشمس.

الاستشهاد: Elbrashy, A., El-fakharany, M.K., Al-Sood, M.A. et al. Water recovery of drying waste using a thermoelectric cooler and PV/T assisted. Sci Rep 16, 4087 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35137-w

الكلمات المفتاحية: تجفيف بالطاقة الشمسية, استرجاع الماء, هـجـيـنـة PV/T, تبريد حراري كهربائي, زراعة مستدامة