نجح مهندسون من جامعتي ميشيغان ورايس في تطوير حل ثوري لمشكلة إزالة البورون من مياه البحر، وهو مركب طبيعي يتحول إلى ملوث سام في مياه الشرب. ونُشرت نتائج الدراسة في دورية “نيتشر واتر” حيث تتناول التقنية الجديدة استخدام أقطاب كربونية لإزالة البورون بكفاءة واستدامة.
ويوجد البورون في مياه البحر على شكل حمض البوريك المحايد كهربائيا، مما يسمح له بتجاوز أغشية التناضح العكسي المستخدمة في أنظمة التحلية التقليدية. وتستلزم الطرق الحالية معالجات كيميائية باهظة الثمن تتطلب إضافة قواعد وأحماض لتغيير شحنة البورون، يليها مرحلة ترشيح إضافية. غير أن التقنية المبتكرة الجديدة تلغي الحاجة إلى هذه العمليات المكلفة.
ويفسر التناضح العكسي بأنه عملية إزالة الملوثات الغريبة والمواد الصلبة والجزيئات الكبيرة والمعادن من الماء، وذلك باستخدام الضغط لدفعها عبر أغشية متخصصة.
ويوضح الأمر ويي بان الباحث بمرحلة ما بعد الدكتوراه بجامعة رايس وأحد مؤلفي الدراسة في بيان صحفي رسمي “جهازنا يقلل من الطلب الكيميائي والطاقة في عملية تحلية مياه البحر، مما يعزز الاستدامة البيئية ويخفض التكاليف بنسبة تصل إلى 15%”.
ويضيف أن التصميم الجديد للأقطاب يُمكّن من التقاط البورون بكفاءة عالية، مما يوفر بديلا أبسط وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة، مع توفير محتمل يبلغ 6.9 مليارات دولار سنويا لمحطات التحلية حول العالم.
حلول مستدامة لأزمة عالمية
مع تصاعد أزمة المياه العذبة عالميا، يأتي هذا الابتكار في وقت حرج. ووفقا لتقرير صادر عن اللجنة العالمية لاقتصاديات المياه عام 2023، فمن المتوقع أن تغطي إمدادات المياه العذبة 40% فقط من الطلب العالمي بحلول عام 2030. وقد أصبحت التحلية، التي تحول مياه البحر إلى مياه صالحة للشرب، حلا ضروريا رغم تكلفتها العالية واستهلاكها الكثيف للطاقة وتأثيراتها البيئية السلبية.
وتستخدم الأقطاب المصممة حديثا هياكل تحتوي على الأكسجين داخل مسامها لاحتجاز البورون بشكل انتقائي، مع السماح بمرور الأيونات الأخرى. وعلى عكس الطرق التقليدية التي تضيف قواعد كيميائية لشحن البورون، تعمل هذه التقنية على فصل الماء إلى أيونات هيدروجين موجبة وهيدروكسيد سالبة عند الأقطاب، مما يؤدي إلى شحن البورون بشكل طبيعي وسهل احتجازه. وبعد الاحتجاز، يعاد تجميع الماء ليصبح خاليا من البورون، فتكون العملية خالية من المواد الكيميائية.
ولا تقتصر هذه المنهجية على إزالة البورون فقط، وفق ما أشار إليه الدكتور مناتشم إليميليك المؤلف المشارك من جامعة رايس، بالقول “دراستنا تقدم منصة متعددة الاستخدامات يمكنها تحويل ملوثات أخرى، مثل الزرنيخ، إلى أشكال قابلة للإزالة بسهولة”. كما يمكن تعديل المجموعات الوظيفية على الأقطاب لاستهداف مجموعة واسعة من المواد الضارة، مما يجعل معالجة المياه أكثر كفاءة واستدامة.
وتقدم التقنية الجديدة إمكانيات توفير هائلة لمحطات التحلية، ولا يقتصر الأمر على تقليل التكاليف التشغيلية فحسب، بل يسهم أيضا في تقليل البصمة البيئية لعمليات التحلية من خلال التخلص من الحاجة إلى المعالجات الإضافية التي تستهلك الكثير من الطاقة.