دانشمندان نوعی پنل خورشیدی را به‌‌گونه‌‌ای بازطراحی کرده‌‌اند که نه‌‌تنها می‌‌تواند انرژی الکتریکی تولید کند، بلکه از بخشی از انرژی حرارتی جذب‌‌شده نیز برای شیرین‌‌سازی آب با بازدهی مناسب بهره ببرد. آن‌‌ها بر این باور هستند که این ایده می‌‌تواند در مناطق گرمسیری که با محدودیت منابع آبی مواجه هستند، بسیار کارآمد باشد. نویسنده‌‌ی اصلی این پژوهش می‌‌گوید که محصول تجاری احتمالا تا پنج سال دیگر دردسترس قرار خواهد گرفت.

یکی از چالش‌‌های مهم پیش‌‌روی توسعه‌‌ی پایدار دسترسی به انرژی پاک و آب سالم است؛ این قضیه به‌‌ویژه برای اقتصادهای نوظهور جهان اهمیت بالاتری دارد. مشکل طرح‌‌های سنتی آن است که در آن‌‌ها از مقادیر بالایی آب برای تولید برق استفاده می‌‌شود. آمارها نشان می‌‌دهد ۵۰ درصد از برداشت منابع آبی در ایالات متحده و کشورهای اروپایی، تنها باهدف تولید انرژی انجام می‌‌گیرد.

به‌‌طور مشابه، نمک‌‌زدایی و تولید آب خالص در کشورهای کم‌‌آب مستلزم مصرف مقادیر بالایی از انرژی برق است. برآورد می‌‌شود که ۱۵ درصد از مصرف برق در کشورهای عربی به فرایند شیرین‌‌سازی آب اختصاص یافته است. حال به‌‌نظر می‌‌رسد روش ابداعی دانشمندان توانسته راه‌‌حلی را ارائه کند که قادر است این دو کالای استراتژیک را هم‌زمان در قالب یک تجهیز واحد در اختیار بشر قرار دهد.

واحدهای شیرین‌‌سازی آب در سال‌‌های اخیر محبوبیت زیادی یافته‌‌اند؛ اما همچنان نیاز به مصارف بالایی از انرژی دارند.

همان‌‌طور که احتمالا می‌‌دانید تکنولوژی فعلی پنل‌‌هایفتوولتائیک با محدودیت‌‌هایی در حداکثر انرژی قابل‌‌تبدیل به برق مواجه هستند. محدودیت بازدهی الکتریکی پنل‌ها معمولا در بازه‌‌ی ۱۰ الی ۲۰ درصد (یا کمی بالاتر) قرار می‌‌گیرد. این بدان معنی است که حدود ۸۰ درصد از انرژی دریافتی خورشیدی یک پنل، به‌‌شکل حرارت و بازتاب هدر می‌‌رود.

در آزمایش اخیر، دانشمندان تلاش کردند که یک واحد آب‌‌شیرین‌‌کن سه‌‌مرحله‌‌ای از نوع ممبران را به پشت یک پنل فتوولتائیک (PV) متصل کنند. این ممبران می‌‌تواند آب شور را در دماهای نسبتا پایینی تبخیر کند. پژوهشگران موفق شدند به میزان سه برابر آب بیشتری نسبت‌‌به آب‌‌شیرین‌‌کن‌‌های معمولی تولید کنند و درکنار آن، به بازدهی تولید برق بالای ۱۱ درصد دست‌‌یابند. این میزان انرژی بیش از ۹ برابر انرژی تولیدشده در پژوهش قبلی بوده است.

پروفسور پنگ وانگ، نویسنده‌‌ی اصلی این پژوهش از دانشگاه علم و فناوری ملک عبدالله در عربستان سعودی می‌‌گوید:

حرارت اتلافی پنل‌‌های خورشیدی ازجمله مواردی است که معمولا از آن غفلت می‌‌شود و هیچ‌‌کس آن را به‌‌عنوان یک منبع درنظر نمی‌‌گیرد. ما از این انرژی برای تولید بخار آب استفاده می‌‌کنیم. این بخار از میان ممبران عبور می‌‌کند و در طرف دیگر به مایع تبدیل می‌‌شود. از آنجاکه این روش یک فرایند نمک‌‌زدایی چندمرحله‌‌ای به‌‌حساب می‌‌آید، می‌‌توان از گرمای نهان در مرحله‌‌ی میعان برای سیکل بعدی تبخیر آب استفاده کرد. بدین ترتیب امکان تولید حجم بالایی از آب سالم ازطریق این تجهیز فراهم شده است.

تصویری مفهومی  از طراحی دستگاه جدید تولید برق و آب شیرین

بنابر عقیده‌‌ی نویسندگان، اگر از این فناوری در مقیاسی گسترده و جهانی استفاده شود، از لحاظ نظری می‌‌توان ۱۰ درصد از نیاز آب آشامیدنی جهان را در سال ۲۰۱۷ به‌‌کمک آن تأمین کرد. بااین‌حال، هنوز مسیری طولانی پیش روی توسعه و تجاری‌‌سازی این محصول دیده می‌‌شود. یکی از موانع اصلی، نیاز به اراضی وسیع برای افزایش توجیه اقتصادی تولید آب آشامیدنی از این روش است. وانگ می‌‌گوید:

این فناوری می‌‌تواند برای تأمین آب آشامیدنی مناطق ساحلی مورد استفاده واقع شود؛ البته به‌‌شرطی که جمعیت موردنظر بیش از یک میلیون نفر نباشد. چنین روشی می‌‌تواند برای تأمین آب آشامیدنی در مقیاس کوچک تا متوسط بسیار مفید باشد.

این مقاله در ژورنال علمی  Nature Communications منتشر شده است.