تحويل ضوء الشمس إلى مياه عذبة
في قلب هيليوفاب منصّة تبخير شمسي خاصّة بها، مصمّمة لتحويل ضوء الشمس إلى حرارة موضعية من أجل تبخير كفء للماء.
وبدل تسخين حجم الماء كلّه، تركّز مقاربتنا الطاقة الشمسية عند الحدّ الفاصل بين الماء والهواء، حيث يقع التبخّر.
منصّة قائمة على كربيد البورون
مادّة مسامية قائمة على كربيد البورون (B₄C) تشكّل قلب منصّة التبخير الشمسي الحالية لدى هيليوفاب.
- 01التقاط ضوء الشمس
- 02توطين الحرارة
- 03تغذية الماء
- 04إدارة الملح
- 05استرداد المياه العذبة
التقاط ضوء الشمس
امتصاص شمسي عريض النطاق
مركّب مسامي ماصّ للضوء يلتقط الطاقة عبر الطيف الشمسي كلّه لا ضمن نطاق ضيّق. وهو يصمد كذلك في الظروف المالحة التي تتحلّل فيها ماصّات كثيرة.
توطين الحرارة
الحرارة حيث يحدث التبخّر
تتركّز الطاقة في طبقة حرارية رقيقة، يقع داخلها تغيّر الطور. وتعيد البنية المسامية ماء المصدر إلى تلك الطبقة كلّما تبخّر.
استرداد المياه العذبة
من البخار إلى مياه عذبة صالحة للاستخدام
يلتقي البخار سطحًا شفّافًا أبرد فيتكثّف. ويُوجَّه المتكثّف بعيدًا عن ماء المصدر. وردم الفجوة بين ما يتبخّر وما يُجمَع هو أولوية العمل الهندسي الحالية.
ما ينبغي أن تفعله المادّة
أربعة متطلّبات في آن واحد.
لا يصعب أيّ منها منفردًا. الهندسة هي في تحقيق الأربعة معًا في بنية واحدة، لأنّ تحسين أيّ منها يأتي عادةً على حساب آخر.
- 01
امتصاص واسع النطاق
يصل ضوء الشمس موزّعًا على طيف عريض. والماصّ المضبوط على نطاق ضيّق يهدر معظمه، فعلى المركّب أن يلتقط الطاقة من فوق البنفسجي إلى ما تحت الأحمر القريب لا عند طول موجي مفضّل.
- 02
إبقاء الحرارة عند السطح
الطاقة التي تنتشر في كتلة الماء تسخّن ماءً لا يتبخّر. وعلى البنية أن تُبقي التدرّج الحراري داخل طبقة رقيقة عند السطح البيني وأن تعزله عن الماء تحته.
- 03
إبقاء السطح مغذّى
يتوقّف التبخّر لحظة جفاف السطح. وعلى المسامية أن ترفع الماء بسرعة لا تقلّ عن سرعة مغادرته، دون أن تصير مسارًا حراريًا يعيد الحرارة إلى الكتلة.
- 04
الصمود أمام الملح
كلّ لتر يتبخّر يترك خلفه أملاحه الذائبة. وعلى السطح إمّا أن يردّ الملح إلى المياه المصدر وإمّا أن يحتمل ما يتبلور عليه، على مدى شهور لا على مدى بعد ظهر واحد.
كيف قيس هذا الرقم
ما يقوله رقم واحد وما لا يقوله.
الرقم 2.8 kg·m⁻²·h⁻¹ قياس لفقد الكتلة. تُضاء عيّنة تحت محاكي شمسي بشمس واحدة، ويوزن الماء الذي تفقده مع الوقت. وهو يصف المادّة، في ظروف مخبرية، عند سطح التبخّر.
وليس ناتج نظام. فهو لا يقول شيئًا عن مقدار ما يبلغ من ذلك البخار سطح التكثيف، ولا عمّا يعود منه إلى المياه المصدر، ولا عمّا تنتجه وحدة في عصر شتوي غائم.
ننشره لأنّه الرقم الذي قسناه، ونصفه بما هو عليه. وحيث تبلّغ الأدبيات المنشورة معدّلات تفوق السقف النظري للسطح المستوي، تعرض صفحة الأساس العلمي الآليات التي تفسّر ذلك.
تحت إضاءة تحاكي شمسًا واحدة
أداء تبخّر مخبري. أمّا استرداد المياه العذبة على مستوى النظام فيتوقّف على تصميم النظام وظروف التشغيل وكفاءة التكثيف واسترداد الماء.
الرقم المقيس هو 2.8 kg·m⁻²·h⁻¹ عند سطح التبخّر. والرقم اليومي هو ذلك المعدّل على مدى عشر ساعات من الإضاءة، لا قياسًا ليوم كامل.
غير محلول
المسائل التي أمامنا.
كفاءة الجمع
الفجوة بين ما يتبخّر وما يُجمع هي أكبر خسارة مفردة في النظام. وسدّها هو الأولوية الهندسية الحالية، ولا معنى لأيّ رقم إنتاج قبل أن تُسدّ.
سلوك الملح على المدى الطويل
لا يخبرك اختبار قصير إلّا بالقليل عن حال سطح بعد موسم. والتعرّض الملحي الممتدّ هو الاختبار الذي يهمّ، وهو أطولها زمنًا.
الخارج مقابل المختبر
الرياح والرطوبة ودرجة حرارة الجوّ تغيّر الأداء في الخارج تغييرًا كبيرًا في الاتّجاهين. والرقم المضبوط داخل المختبر نقطة انطلاق لا تنبّؤ.