طور العلماء نظاما مبتكرا قد يُحدث تحولا كبيرا في مجال تحلية المياه وتنقيتها ، من خلال إنشاء غشاء قادر على نقل الأيونات داخل الماء دون الحاجة إلى أنظمة ميكانيكية أو تفاعلات كيميائية معقدة.

مضخة أيونية تعتمد على طبقات معدنية فائقة الدقة

قاد فريق بحثي دولي، بمشاركة علماء من Helmholtz-Zentrum Hereon، تطوير نوع جديد من المضخات الأيونية يعتمد على طبقات معدنية رقيقة جدا توضع على جانبي غشاء مسامي.
وتتحكم هذه الطبقات في حركة الجسيمات المشحونة كهربائيا داخل الماء باستخدام إشارات كهربائية سريعة، بدلا من الطرق التقليدية التي تعتمد على تفاعلات تستهلك طاقة عالية.

آلية عمل تعتمد على التأثيرات الفيزيائية

تعتمد التقنية الجديدة على مبدأ فيزيائي بسيط، حيث يتم تطبيق جهد كهربائي منخفض يتم تشغيله وإيقافه بسرعة، ما يؤدي إلى شحن وتفريغ متكرر للطبقات المعدنية.
وينتج عن هذا التغير المستمر تدفق منظم للأيونات، مما يسمح بضخها داخل الماء دون الحاجة إلى أجزاء متحركة أو مواد كيميائية.

نتائج واعدة في تقليل الملوحة

عند اختبار النظام داخل نموذج مدمج لتحلية المياه، تمكن الجهاز من خفض نسبة الملوحة بنسبة تصل إلى 50% باستخدام جهد كهربائي منخفض جدا.
ويمثل هذا إنجازا مهما مقارنة بالأنظمة التقليدية التي تعتمد على:
مضخات ضغط عالية
فلاتر معقدة
مواد كيميائية إضافية
تعاون بحثي دولي واسع
شارك في هذا المشروع باحثون من عدة مؤسسات علمية، من بينها:
University of California, Irvine
Tel Aviv University
University of Massachusetts Boston
Lawrence Berkeley National Laboratory

تطبيقات متعددة تتجاوز تحلية المياه

لا يقتصر استخدام هذه التقنية على تحلية المياه فقط، بل تمتد تطبيقاتها إلى مجالات أخرى، مثل:
استخراج الليثيوم من مياه البحر
إزالة المعادن الثقيلة من مياه الشرب
إعادة تدوير البطاريات
تطوير أجهزة استشعار وتشخيص متقدمة

أهمية التحكم في حركة الأيونات

يؤكد الباحثون أن التحكم الدقيق في حركة الأيونات داخل السوائل يُعد عنصرا أساسيا في العديد من العمليات التكنولوجية والبيولوجية، وأن هذه التقنية تمثل خطوة كبيرة نحو تحسين كفاءة هذه العمليات.

دعم دولي لمواجهة أزمة المياه

يحظى هذا المشروع بدعم من جهات تمويل كبرى مثل:
National Science Foundation
Department of Energy
European Research Council
ويعكس هذا الدعم أهمية البحث العلمي المشترك في مواجهة التحديات العالمية، خاصة في ظل معاناة نحو 2.2 مليار شخص حول العالم من نقص مياه الشرب الآمنة.

مستقبل واعد لتقنيات المياه

يرى الباحثون أن هذا الابتكار قد يفتح آفاقا جديدة لتطوير أنظمة تحلية وتنقية أكثر كفاءة في استهلاك الطاقة، بالإضافة إلى تحسين عمليات فصل الأيونات بشكل انتقائي.
ومن شأن ذلك أن يسهم في توفير حلول مستدامة لمشكلات المياه والطاقة على مستوى العالم.