قد يكون الصيف في المملكة العربية السعودية جافًا وساخنًا ، ولكن في يونيو من العام الماضي ، على بعد حوالي 50 كيلومترًا شمال جدة ، نبتت 57 بذرة في مياه صحية أوراق السبانخ بارتفاع سبع بوصات عن طريق حصاد المياه من الهواء.

مثل جميع المحاصيل العادية ، يحتاج السبانخ إلى الماء لينمو. ولكن ، في هذه الحالة ، تنبت السبانخ بفضل نظام يعمل بالطاقة الشمسية يضخ البخار من الهواء ويكثفهم في جالونين من الماء. نشرت الآن في المجلة تقارير الخلية العلوم الفيزيائيةتشير نتائج التجربة إلى أن المزارع الصغيرة في المناطق النائية والقاحلة يمكن أن تزرع محاصيلها دون إمدادات المياه.

يقول فنغ وانغ ، أستاذ العلوم والهندسة البيئية بجامعة الملك عبد الله في العلوم والتكنولوجيا (كاوست) وكبير مؤلفي الدراسة.

يتكون النموذج الأولي المستخدم أثناء التجربة من ثلاثة مكونات رئيسية: لوحة ضوئية صغيرة الحجم ، وهي مادة مركبة مصنوعة من الهيدروجيل (نسخة عالية التقنية من الهيدروجيل المستخدم في الضمادات لإعادة إصابة الجروح) ، وكلوريد الكالسيوم (النوع من الملح الذي نستخدمه لتنظيف جليد الطرق) ، بالإضافة إلى حاوية معدنية تعمل كغرفة مكثفات.

مثل معظم الألواح الشمسية العادية ، يتم تحويل 10-20٪ من الطاقة الشمسية التي تمتصها إلى كهرباء. يتم تحويل 80-90٪ المتبقية إلى حرارة. تلعب مادة الهيدروجيل – فكر في الأمر على أنها طبقة من الهلام متصلة بالجزء الخلفي من اللوحة الشمسية – دورًا مزدوجًا. أولاً ، يمكنه تبريد اللوح الشمسي بحيث لا يسخن. ثانيًا ، يمكنه امتصاص بخار الماء من الهواء بسبب كلوريد الكالسيوم ، والذي يمكنه امتصاص المزيد من وزنه في الرطوبة. يتضخم الهيدروجيل نفسه ويحبس هذه الرطوبة في المادة حتى لا تتسرب.

لكن انتظر: نحن في صحراء المملكة العربية السعودية. من أين تأتي كل هذه الرطوبة؟ قد تكون الصحاري جافة ، لكن هذا لا يعني عدم وجود جزيئات رطوبة في الهواء. تدور الرطوبة النسبية في المنطقة حول 40٪ ، لكن وانج يقول إنها تقترب من 80٪ في الليل. نتيجة لذلك ، تمتص مادة الهيدروجيل عادة بخار الماء أثناء المساء والليل. يقول وانج: “لقد صممنا النظام بهذه الطريقة ؛ طلبت منا الطبيعة ذلك”.

بحلول الصباح ، تكون المادة مشبعة بالرطوبة ، لذلك عندما تضرب الشمس الألواح الشمسية ، وتتلامس الحرارة من الألواح الشمسية مع المادة ، فإنها تحول الرطوبة إلى بخار وتزيلها من طبقة الهيدروجيل. يقوم الصندوق المعدني أدناه بتجميع البخار وتكثيفه في الماء. أفضل جزء؟ لا تتطلب أي من هذه الخطوات الكهرباء التي تولدها الألواح الشمسية ، مما يعني أنه في حالة نمو النظام ، يمكن تغذية الكهرباء التي تولدها الألواح مباشرة في الشبكة ، ويمكن استخدام الحرارة الناتجة عن الألواح لزراعة المحاصيل.

في هذه الحالة ، اختار العلماء زراعة السبانخ المائي ، ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن الخضروات لا تتطلب الكثير من الماء لتنمو ، ولكن أيضًا بسبب فترة نموها القصيرة نسبيًا. استمرت التجربة أسبوعين فقط ، لكن السبانخ نما إلى ارتفاع سبع بوصات. يقول وانج إنه يمكن زراعة محاصيل أخرى بطريقة مماثلة ، ولكن بالنظر إلى البنية التحتية المطلوبة ، فلن تكون مناسبة للمحاصيل الغنية بالمياه مثل الأرز أو قصب السكر. من الناحية النظرية ، الماء صالح للشرب ، ولكن من أجل استهلاكه بشكل منتظم ، سيكون من الضروري إضافة معادن لأنه ينتج عن طريق تبخر الماء ، الذي لا يأتي من الخزانات الجوفية والينابيع المعدنية.

لزراعة المزيد من المحاصيل الغنية بالمياه ، يمكن تعزيز النظام بألواح شمسية إضافية ، ولكن كما يقول وانج: “المياه خاصة جدًا ، فهي في الهواء الرقيق” ، لذلك سيكون من المنطقي استخدامها باعتدال. يقول وانغ إنه يمكن استخدامه أيضًا في المناخات الأكثر اعتدالًا مع مستويات الرطوبة العالية. على أي حال ، فإن هذه التجربة مع الألواح الشمسية كاملة الحجم يجب أن تأتي أولاً.

هناك العديد من الخطوات قبل أن يمكن تسويق النظام – على سبيل المثال ، يحتاج العلماء إلى إيجاد متعاونين صناعيين يمكنهم إنتاج النظام بتكلفة فعالة – ولكن إذا حدث ذلك على الإطلاق ، يقول وانج إنه يمكن استخدامه في المجتمعات غير المتصلة بالإنترنت في جميع أنحاء العالم. في العام الماضي ، طور وانج وعلماء آخرون في كاوست نموذجًا أوليًا لنظام تبريد يعمل فقط على ضوء الشمس والمياه المالحة. الآن ، هذا النموذج الأولي الجديد يدخل الكهرباء والمياه والزراعة في المعادلة. يقول: “بالنسبة لأسرة واحدة تعيش على جبل ، أو لمجتمع صغير جدًا يعيش في وسط اللا مكان ، يمكن لهذا النظام أن يساعد حقًا في تلبية هذه الاحتياجات الإنسانية الأساسية”.