تحسين نظام هجين مُقطِّر شمسي–رطوبة-مُجفِّف عبر دراسة معاملات للتنقية الخفيفة الوزن في المناطق النائية

تحويل ضوء الشمس إلى مياه شرب

بالنسبة للعديد من القرى النائية في المناطق الحارة والجافة، الحصول على مياه شرب نظيفة أصعب بكثير من الحصول على ضوء الشمس. محطات التحلية الكبيرة مكلفة ومعقدة، في حين أن المقطِّرات الشمسية البسيطة غالبًا ما تكون ثقيلة وغير منتجة بما يكفي. تستكشف هذه الدراسة كيفية إعادة تصميم جهاز شمسي مضغوط لكي يحوّل المياه المالحة إلى مياه عذبة بكفاءة، مع الحفاظ على خفة الوزن بما يكفي للنقل والتركيب والصيانة في المجتمعات خارج الشبكة.

طريقة أكثر ذكاءً لاستخدام الشمس

يركز الباحثون على نظام هجين يجمع بين المقطِّر الشمسي التقليدي وعملية تُسمى التبخير–التكثيف الرطوبي (humidification–dehumidification)، التي تحاكي دورة الماء الطبيعية داخل صندوق صغير. يسخّن ضوء الشمس حوضًا ضحلاً من الماء المالح، فيتكوّن بخار دافئ يتكثف على غطاء زجاجي بارد كمياه عذبة. في الوقت نفسه، يُوجَّه الهواء عبر قنوات وعلى أسطح خاصة ليكتسب الرطوبة ثم يفرِج عنها مجددًا كماء مقطر إضافي. من خلال استرجاع الحرارة التي كانت ستُهدر، يمكن لهذه الوحدة المجمعة إنتاج ما يصل إلى نحو 50 لترًا من الماء العذب يوميًا، وهو ما يكفي لتزويد مجموعة صغيرة من الأشخاص.

ضبط عمق الماء وتدفق الهواء

على الرغم من أن الجهاز يبدو بسيطًا من الخارج، فإن أداءه يعتمد بشكل قوي على تفاصيل مثل كمية الماء في الحوض وسرعة حركة الهواء خلاله. باستخدام نموذج حاسوبي زمني مُغذى ببيانات الطقس الحقيقية من أبو ظبي، اختبر الفريق ظروف تشغيل مختلفة لكل من الشتاء والصيف. وجدوا أن إبقاء الماء في الحوض ضحلاً جدًا—حوالي نصف سنتيمتر—يسمح له بالاحتراء أسرع، مما يعزّز التبخر. بالمقارنة مع طبقة أعمق بعمق ثلاثة سنتيمترات، أدّى هذا الإعداد الضحل إلى زيادة إنتاج المياه العذبة بما يصل إلى 15 بالمئة في الشتاء وحوالي 7.5 بالمئة في الصيف، مع تقليل وزن الماء الذي يجب أن تحمله البنية. إبطاء تدفق الهواء في الوحدة إلى نحو عُشر كيلوجرام في الثانية زاد الإنتاجية كذلك بحوالي 11–12 بالمئة. عند هذه معدلات التدفق المنخفضة، يمكن للنظام أن يعمل حتى بالطفو الطبيعي دون مراوح، مما يقلل من استهلاك الطاقة والتعقيد الميكانيكي.

البناء بخفة دون فقدان الأداء

بعيدًا عن كيفية تشغيل النظام، يُحدث اختيار المواد فرقًا كبيرًا في وزنه وسهولة تركيبه في الأماكن النائية. قارن المؤلفون بين أجزاء من الفولاذ المقاوم للصدأ والزجاج السميك وبدائل أخف وزنًا مثل أقمشة القطن والصفائح الأرق. استبدال حوض المعدن ببطانة قطنية مطلية باللون الأسود خفّض كتلة الوحدة الإجمالية بشكل كبير—من نحو 487 كيلوجرامًا إلى حوالي 132 كيلوجرامًا—مع بقاء إنتاج المياه دون تغيير يُذكر. وبالمثل، فإن تقليل سماكة الحوض والغطاء الزجاجي من ثلاثة مليمترات إلى مليمتر واحد وفّر وزنًا ملحوظًا لكنه لم يؤثر بصورة ملحوظة على كمية الماء التي ينتجها المقطِّر. تشير هذه النتائج إلى أنه بالنسبة للعديد من المكونات، يمكن للمصممين اختيار أخف نسخة عملية بأمان دون التضحية بالإنتاجية.

عندما تكون الخفة على حساب الجودة

ليست كل محاولات تقليل الوزن مجدية. عندما أُستبدل الماص المعدني المُزود بالزعانف، الذي يساعد على تسخين الهواء، بحبل قطني، أصبحت الوحدة أخف وزنًا، لكن إنتاجيتها المائية انخفضت في الصيف بنحو 15 بالمئة. وبالمثل، أدى استبدال الأغطية الزجاجية التقليدية بالبلاستيك إلى تقليل وزن الزجاجيات لكنه خفّض الإنتاجية بنحو 10–11 بالمئة لأن كمية أقل من ضوء الشمس وصلت إلى الماء. بعبارة أخرى، يجب أن تبقى بعض الأجزاء الرئيسية ناقلات جيدة للحرارة والضوء حتى لو كانت أثقل قليلًا. التوافق الأمثل الذي وجده الفريق احتفظ بالزعانف الألومنيومية والأغطية الزجاجية مع استخدام القطن والطبقات الرقيقة في الأماكن التي لا تضر بالأداء.

صانع مياه عذبة محمول للمجتمعات النائية

من خلال الجمع بين أكثر الإعدادات والمواد وعدًا، أنتج الباحثون تصميمًا محسنًا يولّد 31 بالمئة مياه أكثر في الشتاء و26 بالمئة أكثر في الصيف مقارنة بالإعداد المرجعي، مع الحفاظ على الوزن الجاف قرب 132 كيلوجرامًا—حوالي ربع الوزن الأصلي. بالنسبة للأشخاص الذين يعيشون بعيدًا عن البنى التحتية المركزية، يمكن أن يوفر مثل هذا الجهاز الشمسي المحمول والمغلق وسيلة عملية لتأمين مياه الشرب باستخدام ضوء الشمس والمياه المالحة أو المياه قليلة الملوحة فقط. تظهر الدراسة أن الضبط الدقيق للأعماق ومعدلات التدفق والمواد يمكن أن يحوّل تقنية صديقة للبيئة بالفعل إلى تقنية أسهل بكثير في الشحن والتركيب والصيانة في الأماكن التي تحتاجها أكثر.

الاستشهاد: Iqbal, M.M.M., Javed, M.S., Atabay, S. et al. Optimization of a hybrid solar still–HDH system via parametric study for lightweight desalination in remote areas. Sci Rep 16, 12816 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43049-y

الكلمات المفتاحية: تحلية بالطاقة الشمسية, التبخير–التكثيف (التنقيط) الرطوبي, تصميم المقطِّر الشمسي, أنظمة المياه خفيفة الوزن, مياه شرب خارج الشبكة