צוות מחקר באוניברסיטת העיר הונג קונג פיתח שיטת ניקוי פאנלים סולאריים המפחיתה את צריכת המים ביותר מ-80 אחוז. הטכניקה, שפורסמה בכתב העת Nature Sustainability, משיגה שיעורי הסרת מזהמים של עד 99.9 אחוז. היא מבוססת על עקרונות שנצפו בכנפי פרפרים ובעלי צמחים.
בעיה גוברת עבור מפעילי אנרגיה סולארית
מתקני אנרגיה סולארית ברחבי העולם מתמודדים עם אתגר תחזוקה מתמשך. אבק, חול וזיהום מצטברים על משטחי פאנלים ומפחיתים את תפוקת האנרגיה. מגזר האנרגיה הסולארית העולמי משתמש כיום ביותר מ-12 מיליארד גלונים של מים בשנה לניקוי. נתון זה יעלה ככל שהמתקנים יתרחבו. באזורים צחיחים, שבהם הפוטנציאל הסולארי הוא הגבוה ביותר, מחסור במים מקשה יותר ויותר על הצדקת שטיפה בלחץ גבוה קונבנציונלית.
לכלוך פאנלים יכול להפחית באופן מהותי את תפוקת האנרגיה. עבור חוות סולאריות גדולות הפועלות עם רווחים דלים, ההשלכות הכספיות הן אמיתיות. מערכות ניקוי ששומרות על תפוקה תוך הפחתת צריכת המים נושאות משקל סביבתי ועסקי כאחד.
כיצד פועלת מערכת סמרטוט הטיפות
צוות אוניברסיטת העיר הונג קונג, בראשות פרופסור סטיבן וואנג, עבד עם חוקרים באימפריאל קולג' לונדון ובמכון להנדסת תהליכים בבייג'ינג. המערכת שלהם מנצלת את ההתנהגות הפיזיקלית של טיפות מים בעת פגיעה. כאשר טיפה פוגעת במשטח פאנל, היא מתפשטת החוצה ואז נסוגה לאחור. התפשטות ונסיגה זו מייצרת כוחות הידרודינמיים. כוחות אלה מרימים ודוחקים חלקיקים מפני השטח.
הצוות מכנה את הטכניקה "מטאטאי טיפות נוזליות". היא משתמשת בערך עשירית מהמים הנדרשים לניקוי סילון נוזלי סטנדרטי. החוקרים מצאו כי יעילות הניקוי עוקבת אחר דפוס לא ליניארי. אנרגיית פגיעה מתונה הניבה תוצאות חזקות יותר מאשר כוח מקסימלי. בניסויים שהשתמשו בחלקיקי חול כדי לשחזר תנאי מדבר, טיפות אופטימליות הסירו מזהמים בעקביות רבה יותר מאשר גישות בעלות אנרגיה גבוהה יותר.
פרופסור וואנג אמר כי הצוות תכנן את השיטה כדי לשמר משאבי מים תוך שיפור פריסת אנרגיה מתחדשת. המערכת יכולה גם להתמודד עם חלקיקים כבדים יותר, כולל כאלה בעלי צפיפות גדולה פי כמה מזו של מים. זה מרחיב את פוטנציאל השימוש שלה מעבר לאבק קל על פני השטח.
מה מצא המחקר
המאמר של Nature Sustainability מדווח על הסרת מזהמים של עד 99.9 אחוזים על פאנלים סולאריים בעלי ציפוי סופר-הידרופובי. צריכת המים ירדה ביותר מ-80 אחוזים בהשוואה לשיטות קונבנציונליות. נתונים אלה מגיעים מתנאי מעבדה. אימות שטח עצמאי בקנה מידה גדול טרם פורסם, והביצועים בעולם האמיתי עשויים להשתנות בהתאם לציפוי הפאנל, סוג החלקיקים ותנאי האקלים המקומיים.
המחקר מתבסס על ביומימיקה. כנפי פרפר ועלי צמחים מסוימים פולטים מים ופסולת דרך מיקרו-מבנים על פני השטח. החוקרים יישמו את ההיגיון הפיזיקלי הזה לניקוי פאנלים. מערכת הטיפות משכפלת חלק מהתכונות הללו מבלי להזדקק לרכיבים מכניים מורכבים.
השלכות על תעשיית האנרגיה הסולארית
מגזר האנרגיה הסולארית נמצא תחת לחץ להפחית את טביעת הרגל התפעולית שלו. שימוש במים בתחזוקת פאנלים הוא תחום אחד שבו לחץ זה ניכר. הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה צופה צמיחה מהירה בקיבולת האנרגיה הסולארית עד שנות ה-2030, במיוחד באזורים עשירים בשמש ובעלי לחץ מים ברחבי המזרח התיכון, צפון אפריקה וחלקים מדרום אסיה. פתרונות ניקיון הדורשים פחות מים רלוונטיים ישירות לסביבות פריסה אלו.
צוות אוניברסיטת סיטי אומר שלמערכת יש פוטנציאל מיוחד עבור חוות סולאריות גדולות באזורים צחיחים. עומסי האבק גבוהים בסביבות אלו, והגישה למים מוגבלת. לשיטת ניקוי המטפלת בשני המצבים בו זמנית יש ערך מעשי ברור.
המחקר עדיין לא כולל ציר זמן לפריסה מסחרית. הצוות הדגים את השיטה בקנה מידה מעבדתי. השאלה האם ניתן לייצר ולפרוס את הגישה בצורה חסכונית במתקנים בקנה מידה גדול של שירותים נותרה פתוחה. משקיעים ומפתחים השוקלים את הטכנולוגיה ירצו לראות ניסויי שטח והערכות עלויות לפני שיגיעו למסקנות מוצקות.
פרופסור וואנג ועמיתיו השיגו תוצאה אמינה מבחינה טכנית. השילוב של שיעורי הסרה גבוהים וצריכת מים נמוכה מטפל בבעיה תפעולית אמיתית. הדרך מממצאים במעבדה ועד לאימוץ נרחב ארוכה. בסיס הראיות, בשלב זה, מבטיח.
