تويت
بإمكان نوع جديد من التربة التي ابتكرها المهندسون في جامعة تكساس في أوستن سحب الماء من الهواء وتوزيعه على النباتات، ما قد يوسع رقعة الأراضي القابلة للزراعة حول العالم في الأماكن القاحلة ويقلل من استخدام الماء للزراعة في وقت الجفاف المتزايد.
نُشر أيضًا في مجلة ACS Materials Letters، أن نظام الري بماء المطر «الماء الجوي» يستخدم مواد هلامية فائقة الامتصاص للرطوبة لالتقاط الماء من الهواء، وعندما تُسخن التربة إلى درجة حرارة معينة، تطلق المواد الهلامية الماء، وتتيحه للنباتات، وعندما توزع التربة الماء، يعود جزء منه إلى الهواء، ما يزيد من الرطوبة ويسهل مواصلة دورة جمع الماء.
قال غيهوا يو، الأستاذ المشارك في علوم المواد في قسم ووكر للهندسة الميكانيكية: «إن تمكين الزراعة القائمة بذاتها (المستقلة) في المناطق التي يصعب فيها بناء أنظمة الري والكهرباء أمر أساسي لتحرير زراعة المحاصيل من سلسلة إمدادات الماء المعقدة مع تزايد ندرة الموارد».
كل غرام واحد من التربة يمكن أن يستخلص نحو 3-4 غرامات من الماء، واستنادًا إلى المحاصيل، قد يوفر 0.1 إلى 1 كيلوجرام من التربة ما يكفي من الماء لري ما يقارب مترًا مربعًا واحدًا من الأراضي الزراعية.
تسحب المواد الهلامية في التربة الماء من الهواء في الفترات الأكثر برودة ورطوبة في الليل، وتنشِّط الحرارة الشمسية في أثناء النهار المواد الهلامية التي تحتوي على الماء لإطلاق محتوياتها في التربة.
أجرى الفريق تجارب على سطح مبنى مركز التدريس الهندسي التابع لمدرسة كوكريل في يو تي أوستن لاختبار التربة. ووجدوا أن تربة الهيدروجيل «الهلام المائي» استطاعت الاحتفاظ بالماء على نحو أفضل من التربة الرملية الموجودة في المناطق الجافة، وأنها تحتاج إلى ماء أقل بكثير لزراعة النباتات.
وفي تجربة استمرت أربعة أسابيع، وجد الفريق أن تربته احتفظت بنحو 40٪ من كمية الماء التي بدأت بها. وعلى النقيض من ذلك، لم يتبق سوى 20٪ من ماء التربة الرملية بعد أسبوع واحد فقط.
وفي تجربة أخرى، زرع الفريق الفجل في كلا النوعين من التربة، وقد استطاع الفجل في تربة الهيدروجيل البقاء على قيد الحياة مدة 14 يومًا دون أي ري بعد جولة أولية للتأكد من أن النباتات قد سيطرت، وقد جرى ري الفجل في التربة الرملية عدة مرات في أثناء الأيام الأربعة الأولى من التجربة، ولم ينج أي من الفجل في التربة الرملية بعد أكثر من يومين من فترة الري الأولية.
وقال في تشاو الباحث ما بعد الدكتوراه في مجموعة يو للأبحاث الذي قاد الدراسة مع شينغ يي تشو وبانبان تشانغ: «إن معظم التربة جيدة بما يكفي لتدعم نمو النباتات، وأن الماء هو نقطة الضعف الأساسية، لذلك أردنا تطوير تربة تستطيع جمع الماء من الهواء المحيط».
التربة الجامعة للماء هي أول تطبيق كبير للتكنولوجيا تعمل عليه مجموعة يو أكثر من عامين. وفي العام الماضي، طور الفريق القدرة على استخدام مواد هلامية هجينة تعمل مثل «الإسفنج الفائق»، لاستخلاص كميات كبيرة من الماء من الهواء المحيط وتنظيفه وإطلاقه بسرعة باستخدام الطاقة الشمسية.
يتصور الباحثون العديد من التطبيقات الأخرى للتكنولوجيا، إذ يمكن استخدامها لتبريد الألواح الشمسية ومراكز البيانات، وقد تزيد القدرة على الوصول إلى ماء الشرب، إما عن طريق أنظمة فردية للأسر أو أنظمة أكبر لمجموعات كبيرة مثل العمال أو الجنود.
نُشر أيضًا في مجلة ACS Materials Letters، أن نظام الري بماء المطر «الماء الجوي» يستخدم مواد هلامية فائقة الامتصاص للرطوبة لالتقاط الماء من الهواء، وعندما تُسخن التربة إلى درجة حرارة معينة، تطلق المواد الهلامية الماء، وتتيحه للنباتات، وعندما توزع التربة الماء، يعود جزء منه إلى الهواء، ما يزيد من الرطوبة ويسهل مواصلة دورة جمع الماء.
قال غيهوا يو، الأستاذ المشارك في علوم المواد في قسم ووكر للهندسة الميكانيكية: «إن تمكين الزراعة القائمة بذاتها (المستقلة) في المناطق التي يصعب فيها بناء أنظمة الري والكهرباء أمر أساسي لتحرير زراعة المحاصيل من سلسلة إمدادات الماء المعقدة مع تزايد ندرة الموارد».
كل غرام واحد من التربة يمكن أن يستخلص نحو 3-4 غرامات من الماء، واستنادًا إلى المحاصيل، قد يوفر 0.1 إلى 1 كيلوجرام من التربة ما يكفي من الماء لري ما يقارب مترًا مربعًا واحدًا من الأراضي الزراعية.
تسحب المواد الهلامية في التربة الماء من الهواء في الفترات الأكثر برودة ورطوبة في الليل، وتنشِّط الحرارة الشمسية في أثناء النهار المواد الهلامية التي تحتوي على الماء لإطلاق محتوياتها في التربة.
أجرى الفريق تجارب على سطح مبنى مركز التدريس الهندسي التابع لمدرسة كوكريل في يو تي أوستن لاختبار التربة. ووجدوا أن تربة الهيدروجيل «الهلام المائي» استطاعت الاحتفاظ بالماء على نحو أفضل من التربة الرملية الموجودة في المناطق الجافة، وأنها تحتاج إلى ماء أقل بكثير لزراعة النباتات.
وفي تجربة استمرت أربعة أسابيع، وجد الفريق أن تربته احتفظت بنحو 40٪ من كمية الماء التي بدأت بها. وعلى النقيض من ذلك، لم يتبق سوى 20٪ من ماء التربة الرملية بعد أسبوع واحد فقط.
وفي تجربة أخرى، زرع الفريق الفجل في كلا النوعين من التربة، وقد استطاع الفجل في تربة الهيدروجيل البقاء على قيد الحياة مدة 14 يومًا دون أي ري بعد جولة أولية للتأكد من أن النباتات قد سيطرت، وقد جرى ري الفجل في التربة الرملية عدة مرات في أثناء الأيام الأربعة الأولى من التجربة، ولم ينج أي من الفجل في التربة الرملية بعد أكثر من يومين من فترة الري الأولية.
وقال في تشاو الباحث ما بعد الدكتوراه في مجموعة يو للأبحاث الذي قاد الدراسة مع شينغ يي تشو وبانبان تشانغ: «إن معظم التربة جيدة بما يكفي لتدعم نمو النباتات، وأن الماء هو نقطة الضعف الأساسية، لذلك أردنا تطوير تربة تستطيع جمع الماء من الهواء المحيط».
التربة الجامعة للماء هي أول تطبيق كبير للتكنولوجيا تعمل عليه مجموعة يو أكثر من عامين. وفي العام الماضي، طور الفريق القدرة على استخدام مواد هلامية هجينة تعمل مثل «الإسفنج الفائق»، لاستخلاص كميات كبيرة من الماء من الهواء المحيط وتنظيفه وإطلاقه بسرعة باستخدام الطاقة الشمسية.
يتصور الباحثون العديد من التطبيقات الأخرى للتكنولوجيا، إذ يمكن استخدامها لتبريد الألواح الشمسية ومراكز البيانات، وقد تزيد القدرة على الوصول إلى ماء الشرب، إما عن طريق أنظمة فردية للأسر أو أنظمة أكبر لمجموعات كبيرة مثل العمال أو الجنود.