كاوست تطلق طلاءً نانو للألواح الشمسية يُنظّفها ذاتيًا ويستخرج الماء من الهواء

تواجه أنظمة الطاقة الشمسية في المناطق الحارة والجافة مشكلة تراكم الغبار التي تفرض صيانة دورية مستهلكة للمياه وتزيد من تكاليف التشغيل. للتغلب على هذه العقبة، نجح فريق من الباحثين في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست) في تطوير طلاءٍ نانوي يتيح للألواح الشمسية تنظيف نفسها تلقائيًا، بالإضافة إلى قدرته على جمع الرطوبة من الجو.

اختبار الطلاء في الحرم الجامعي

أُجري اختبار للطلاء خلال نصف عام داخل ساحة حرة بحرم الجامعة. أظهرت الألواح المكسوة بالطبقة الجديدة تراجعًا بسيطًا في كفاءتها مقارنةً بالألواح غير المعالجة التي عانت من انخفاض ملحوظ في الأداء تحت نفس الظروف. في ذات الوقت، تمكن السطح المطلي من تكثيف الرطوبة المتوفرة في الهواء خلال الليل، واستخدمت المياه المتجمّعة لري نباتات ضمن تجربة ميدانية دقيقة.

تركيب الطلاء وخصائصه التقنية

يتألف الطلاء من بنية شفافة على المستوى النانوي، مصنوعة من سيليكون خاص يُعَدّ آمنًا للاستخدام في الصناعات الغذائية. تجمع الطبقة بين ثلاث وظائف رئيسية: تمرير أشعة الشمس دون عوائق، مقاومة للماء والغبار، وخفض طفيف لدرجة حرارة السطح مقارنةً بدرجة حرارة الهواء المحيط خلال الفترات الليلية. هذا الانخفاض يخلق ظروفًا لتكثف بخار الماء إلى قطرات تنساب على السطح، فتسحب معها جزيئات الغبار المتراكمة.

نتائج الدراسة وتطبيقاتها المستقبلية

نُشرت النتائج في مجلة “Energy & Environmental Materials”، وأوضح البروفيسور تشياوتشيانغ غان، أستاذ هندسة وعلوم المواد في كاوست وقائد الباحثين، أن الهدف كان معالجة مشكلة عملية تواجه جميع محطات الطاقة الشمسية في البيئات التي يصعب فيها تجنّب الغبار والحرارة. أضاف أن الاستفادة من الفروق الطبيعية في درجات الحرارة بين النهار والليل مكنت من تحقيق عملية تنظيف ذاتية دون الحاجة إلى مياه إضافية أو استهلاك للطاقة.

إلى جانب التنظيف، أظهر الاختبار أن الألواح المطلية تولدت ماءً بأكثر من ضعف الكمية التي جمعتها الأسطح غير المطلية تحت نفس الظروف. وعلى الرغم من محدودية حجم المياه المنتجة، فقد كانت كافية لتوفير ريّ محدود للنباتات، ما يفتح آفاقًا لاستخدام التقنية في الزراعة المحلية.

آفاق الزراعة الكهروضوئية وتوسيع الاستخدام

تناقشت الدراسة أيضًا حول دمج هذه التقنية في أنظمة “الزراعة الكهروضوئية” التي تجمع بين توليد الطاقة الشمسية والزراعة في نفس الموقع. بفضل الحفاظ على نظافة الألواح وتوفير مصدر مائي إضافي، يمكن للطلاء أن يعزز كفاءة استغلال الأراضي والموارد في المناطق التي يرتبط فيها استقرار الطاقة بإدارة المياه.

يُصنع الطلاء عبر عملية حرارية بسيطة، ويمكن تطبيقه على الزجاج العادي، ما يُسهم في توسيع نطاق استعماله مستقبلاً. يواصل الفريق البحثي تقييم متانة الطبقة وأدائها على فترات زمنية أطول وفي بيئات مناخية مختلفة.