تتطلب إزالة الملح من مياه البحر لجعلها آمنة للشرب، التغلب على عدد من التحديات العلمية، بما في ذلك تحسين الغشاء المستخدم في عملية التحلية.
وتوصل العلماء إلى طريقة لجعل الأغشية أكثر كفاءة بنسبة 30-40%، من حيث الطاقة اللازمة لتصفية المياه. ويكمن مفتاح نهجهم في كثافة الأغشية على مستوى النانو.
وفي دراسة جديدة، حدد الفريق كيف أن الحفاظ على كثافة الأغشية أكثر أهمية من نحافة الغشاء نفسه. ويمكن أن يؤدي ذلك إلى تحسين تقنية تنظيف المياه المعروفة باسم التناضح العكسي، حيث يتم التقاط المعادن وإزالتها بواسطة غشاء من خلال استخدام الضغط.
ويقول المهندس البيئي مانيش كومار، من جامعة تكساس في أوستن: "تستخدم أغشية التناضح العكسي على نطاق واسع لتنظيف المياه، ولكن ما يزال هناك الكثير مما لا نعرفه عنها. لا يمكننا أن نقول حقا كيف تتحرك المياه من خلالها، لذا فإن جميع التحسينات التي تمت على مدار الأربعين عاما الماضية وقعت في الظلام".
ولإلقاء نظرة أوضح على هذه الأغشية، استخدم كومار وزملاؤه تقنية المجهر الإلكتروني متعدد الوسائط - التي تجمع بين تحليل التركيب الكيميائي ورسم الخرائط ثلاثية الأبعاد على مستوى النانو - لنمذجة مدى كفاءة تنظيف المياه.
وكان الدافع وراء البحث هو ملاحظة أن الأغشية السميكة في الغالب أفضل في وظيفة تحلية المياه، وهو أمر غير بديهي نظرا لوجود المزيد من المواد التي يمكن للمياه أن تندفع من خلالها.
ويقترح الباحثون الحصول على كثافة الأغشية بالتساوي، ويمكن تنظيف المزيد من المياه باستخدام طاقة أقل، ما يوفر المال للشركات الكبيرة والمستهلكين على نطاق صغير على حد سواء، ويمكّن من الوصول بشكل أكبر إلى التكنولوجيا.
ويقول المهندس الكيميائي إنريكي غوميز، من جامعة ولاية بنسلفانيا: "في أغشية الترشيح، يبدو الأمر متساويا، لكنه ليس بالمقياس النانوي، وكيف تتحكم في توزيع الكتلة هذا مهم حقا لأداء ترشيح المياه".
ويعد إنتاج المياه العذبة أمرا حيويا ليس فقط للصحة العامة، ولكن أيضا للاستخدام في الزراعة وإنتاج الطاقة. وتُنظّف مليارات الغالونات من المياه كل عام، لذا فإن تحسينات الكفاءة بنسبة 30-40% يمكن أن تحدث فرقا كبيرا.
وتوجد طرق عديدة لتنظيف المياه المالحة لاستخدامها في أغراض أخرى، لكن طريقة الغشاء هي بالفعل واحدة من أكثر الطرق كفاءة. ويبحث الباحثون الآن في طرق يمكن من خلالها الاستمرار في تحسينها وتخصيصها لاستخدامات محددة.
