تقطیر خورشیدی

بندانگشتی|ایستاده=1.35|آب‌شیرین‌کن خورشیدی ساخته شده در یک گودال در زمین
بندانگشتی|ایستاده=1.35|آب‌شیرین‌کن خورشیدی مدل «واترکون» (Watercone)
بندانگشتی|ایستاده=1.35|طرح‌واره یک آب‌شیرین‌کن خورشیدی برای آب دریا

یک **آب‌شیرین‌کن خورشیدی** (به انگلیسی: Solar still) با استفاده از گرمای خورشید برای تبخیر آب، عمل تقطیر آب حاوی مواد محلول را انجام می‌دهد تا پس از خنک شدن و جمع‌آوری، آب تصفیه شود. این دستگاه‌ها در مناطقی که آب آشامیدنی در دسترس نیست استفاده می‌شوند تا بتوان آب تمیز را از آب آلوده یا از گیاهان با قرار دادن آن‌ها در معرض نور خورشید به دست آورد.

انواع این دستگاه‌ها شامل آب‌شیرین‌کن خورشیدی متمرکز در مقیاس بزرگ و تله‌های میعان است. در یک آب‌شیرین‌کن خورشیدی، آب ناخالص خارج از جمع‌کننده (کلکتور) قرار دارد، جایی که توسط نور خورشید که از یک جمع‌کننده شفاف می‌تابد، تبخیر می‌شود. بخار آب خالص روی سطح خنک داخلی میعان کرده و به داخل یک مخزن می‌چکد.

تقطیر، روشی را که طبیعت باران می‌سازد، بازسازی می‌کند. انرژی خورشید آب را تا نقطه تبخیر گرم می‌کند. با تبخیر آب، بخار آن بالا می‌رود و با خنک شدن دوباره به آب تبدیل (میعان) می‌شود. این فرایند ناخالصی‌هایی مانند نمک‌ها و فلزات سنگین را بر جای می‌گذارد و ارگانیسم‌های میکروبیولوژیکی را از بین می‌برد. نتیجه نهایی آب خالص (قابل شرب) است.

## تاریخچه
تله‌های میعان از زمانی که مردمان پیشا-اینکا در آند ساکن بودند، مورد استفاده قرار می‌گرفته‌اند.

در سال ۱۹۵۲، ارتش ایالات متحده یک آب‌شیرین‌کن خورشیدی قابل حمل برای خلبانانی که در اقیانوس سرگردان می‌شدند، توسعه داد. این دستگاه شامل یک توپ پلاستیکی شناور بادی به قطر ۲۴ اینچ (۶۰ سانتی‌متر) با یک لوله انعطاف‌پذیر در کنار آن بود. یک کیسه داخلی از نقاط اتصال روی کیسه بیرونی آویزان بود. آب دریا از دهانه‌ای در گردن توپ به کیسه داخلی ریخته می‌شد. آب شیرین با استفاده از لوله جانبی خارج می‌شد. خروجی این دستگاه بین ۱٫۵ تا ۲٫۵ لیتر آب شیرین در روز بود. آب‌شیرین‌کن‌های مشابهی در برخی کیت بقاهای قایق نجات گنجانده شده‌اند، اگرچه آب‌شیرین‌کن‌های دستی اسمز معکوس عمدتاً جایگزین آن‌ها شده‌اند.

امروزه، روشی برای جمع‌آوری آب در تله‌های رطوبت در ارتش آرژانتین آموزش داده می‌شود تا توسط واحدهای متخصصی که انتظار می‌رود گشت‌زنی‌های طولانی‌مدت بیش از یک هفته را در مناطق خشک مرزی آند انجام دهند، استفاده شود.

## روش‌ها
بندانگشتی|ایستاده=1.2|چاه خورشیدی (Solar Well)

### آب‌شیرین‌کن گودالی
یک جمع‌کننده (ظرف) در ته یک گودال قرار می‌گیرد. شاخه‌ها به صورت عمودی در گودال گذاشته می‌شوند. شاخه‌ها باید آنقدر بلند باشند که از لبه گودال بیرون بزنند و قیفی را تشکیل دهند تا آب را به داخل جمع‌کننده هدایت کنند. سپس با استفاده از شاخه‌های بیشتر، برگ‌ها، علف‌ها و غیره، درپوشی روی این قیف ساخته می‌شود. آب هر روز صبح جمع‌آوری می‌شود.

این روش بر تشکیل شبنم یا سرما روی مخزن، قیف و درپوش متکی است. شبنمِ تشکیل‌شده روی قسمت بیرونی قیف جمع شده و به سمت پایین و داخل مخزن می‌لغزد. این آب معمولاً با طلوع خورشید صبحگاهی تبخیر و ناپدید می‌شود، اما درپوش، آب در حال تبخیر را به دام می‌اندازد و رطوبت را در داخل تله افزایش می‌دهد و میزان آب از دست رفته را کاهش می‌دهد. سایه ایجاد شده توسط درپوش نیز دمای داخل تله را کاهش می‌دهد که این امر نرخ اتلاف آب از طریق تبخیر را بیشتر کاهش می‌دهد.

یک آب‌شیرین‌کن خورشیدی (مدرن‌تر) را می‌توان با دو تا چهار سنگ، فیلم پلاستیکی یا شیشه شفاف، یک وزنه مرکزی برای ایجاد شکل قیف و یک ظرف برای میعان ساخت. مواد بهتر، کارایی را بهبود می‌بخشند. یک ورق پلاستیکی تک‌لایه می‌تواند جایگزین شاخه‌ها و برگ‌ها شود. کارایی بیشتر به این دلیل حاصل می‌شود که پلاستیک ضدآب است و از خروج بخار آب جلوگیری می‌کند. ورق پلاستیکی از همه طرف با سنگ یا خاک به زمین متصل می‌شود. وزن‌گذاری مرکز ورق، شکل قیف را ایجاد می‌کند. میعان (آب تقطیر شده) از روی آن به پایین و داخل ظرف می‌ریزد. یک مطالعه در مورد تقطیر گودالی نشان داد که زاویه دادن به درپوش در حد ۳۰ درجه بیشترین مقدار آب را جذب می‌کند. عمق بهینه آب حدود ۱ اینچ (۲٫۵ سانتی‌متر) بود.

### تعرق
گیاهان در طول فتوسنتز از طریق تعرق آب آزاد می‌کنند. با محصور کردن یک شاخه پربرگ درخت در پلاستیک شفاف می‌توان آب به دست آورد، که بخار آب آزاد شده توسط درخت را به دام می‌اندازد. پلاستیک اجازه می‌دهد فتوسنتز ادامه یابد.

در یک مطالعه سال ۲۰۰۹، تغییرات در زاویه پلاستیک و افزایش دمای داخلی نسبت به دمای بیرونی، حجم خروجی را بهبود بخشید.

اگر فشار بخار در اطراف شاخه تخلیه نشود، می‌تواند آنقدر بالا رود که برگ‌ها دیگر نتوانند تعرق کنند؛ بنابراین نیاز است که آب به‌طور مکرر خارج شود.

به عنوان جایگزین، می‌توان توده‌های علف یا بوته‌های کوچک را در داخل کیسه قرار داد. شاخ و برگ‌ها باید در فواصل زمانی منظم جایگزین شوند، به ویژه اگر گیاهان از ریشه کنده شده باشند.
بازده زمانی بیشترین مقدار است که کیسه حداکثر نور خورشید را دریافت کند. ریشه‌های نرم و گوشتی با کمترین تلاش بیشترین مقدار مایع را تولید می‌کنند.

### فتیله‌ای
بندانگشتی|ایستاده=1.5|آب‌شیرین‌کن خورشیدی حوضچه‌ای از نوع فتیله‌ای
آب‌شیرین‌کن خورشیدی نوع فتیله‌ای (Wick type) یک جعبه با سقف شیشه‌ای و درزگیری شده در برابر بخار است که سقفی زاویه‌دار دارد. آب از بالا به داخل ریخته می‌شود. توسط نور خورشید گرم شده و تبخیر می‌گردد. بخار در سطح زیرین شیشه میعان شده و به داخل لوله اتصال در پایین جریان می‌یابد. فتیله‌ها آب را به دسته‌هایی جدا می‌کنند تا سطح تماس را افزایش دهند. هرچه تعداد فتیله‌ها بیشتر باشد، گرمای بیشتری به آب می‌رسد.

برای کمک به جذب گرمای بیشتر، فتیله‌ها می‌توانند سیاه شوند. شیشه در دماهای بالاتر گرمای کمتری نسبت به پلاستیک جذب می‌کند، اگرچه شیشه انعطاف‌پذیری کمتری دارد.

یک توری پلاستیکی می‌تواند آب را قبل از افتادن در ظرف بگیرد و به آن زمان بیشتری برای گرم شدن بدهد.

### افزودنی‌ها
هنگام تقطیر آب نمک (آب‌شور) یا سایر آب‌های آلوده، افزودن یک رنگ می‌تواند مقدار تابش خورشیدی جذب شده را افزایش دهد.

### آب‌شیرین‌کن معکوس
یک آب‌شیرین‌کن معکوس (Reverse still) از اختلاف دما بین هوای محیط که با خورشید گرم شده و خود دستگاه برای میعان بخار آب موجود در محیط استفاده می‌کند. یکی از این دستگاه‌ها بدون نیاز به انرژی خارجی آب تولید می‌کند. این دستگاه دارای یک مخروط وارونه در بالا است تا گرمای محیط موجود در هوا را منحرف کند و نور خورشید را از سطح بالایی جعبه دور نگه دارد. این سطح، یک ورق شیشه‌ای است که با چندین لایه پلیمر و نقره پوشانده شده است.

این پوشش نور خورشید را بازتاب می‌دهد تا گرمایش سطح را کاهش دهد. گرمای باقی‌مانده‌ای که بازتاب نمی‌شود، در طول موج خاصی (فروسرخ) بازتابش می‌شود تا از جو عبور کرده و به فضا برود. جعبه می‌تواند تا ۱۵ درجه سانتی‌گراد (۲۷ درجه فارنهایت) خنک‌تر از دمای محیط باشد. این امر باعث تحریک میعان می‌شود که روی سقف جمع می‌شود. این سقف با یک ماده فوق‌آب‌گریز پوشانده شده است، به طوری که میعان به صورت قطرات شکل گرفته و به داخل یک جمع‌کننده می‌ریزد. یک سیستم آزمایشی با استفاده از سطحی به مساحت ۱۰ سانتی‌متر مربع، روزانه ۴٫۶ میلی‌لیتر آب تولید کرد که تقریباً معادل ۱٫۳ لیتر بر متر مربع در روز است.

### آب‌شیرین‌کن خورشیدی شیب‌دار
بندانگشتی|طرح‌واره‌ای از یک آب‌شیرین‌کن خورشیدی حوضچه‌ای شیب‌دار
یک آب‌شیرین‌کن خورشیدی شیب‌دار (Inclined Solar Still) با اجازه دادن به عبور تابش خورشیدی موج کوتاه از طریق یک صفحه شیشه‌ای شفاف عمل می‌کند، در حالی که تابش موج بلند ساطع شده از ماسه و آب گرم شده در داخل دستگاه را به دام می‌اندازد. این گرمای به دام افتاده دمای آب را افزایش می‌دهد و نرخ تبخیر را بالا می‌برد. بخار آب حاصل روی سطح داخلی صفحه شیشه‌ای میعان شده و با استفاده از یک کانال جمع‌آوری می‌شود. این نوع آب‌شیرین‌کن برای تولید آب آشامیدنی از منابع آب لب‌شور و بررسی اثربخشی آن برای فلوئورزدایی استفاده می‌شود. نوعی از این روش، که به عنوان تقطیر زمین-آب (earth–water distillation) شناخته می‌شود، شامل استفاده از ماسه یا خاک مرطوب برای استخراج آب در مناطق خشک است. از ماسه در داخل آب‌شیرین‌کن شیب‌دار استفاده می‌شود تا یک لایه آب پایدار را حفظ کرده و از سرریز جلوگیری کند. بدون ماسه، اگر ارتفاع سطح آزاد آب ورودی از کانال جمع‌آوری فراتر رود، آب سرریز می‌شود.

## بازده
تله‌های میعان منابعی برای گسترش یا تکمیل منابع یا ذخایر آب موجود هستند. تله‌ای با قطر ۴۰ سانتی‌متر و عمق ۳۰ سانتی‌متر روزانه حدود ۱۰۰ تا ۱۵۰ میلی‌لیتر آب تولید می‌کند.

ادرار کردن در گودال قبل از قرار دادن ظرف گیرنده، اجازه می‌دهد مقداری از محتوای آب ادرار بازیابی شود.

یک آب‌شیرین‌کن گودالی ممکن است به عنوان یک وسیله بقا بسیار ناکارآمد باشد، زیرا انرژی و آب مورد نیاز برای ساخت آن زیاد است. در محیط‌های بیابانی، نیاز آب برای یک فرد در حالت استراحت می‌تواند از ۳٫۸ لیتر (۱ گالن) در روز فراتر رود، در حالی که تولید آب‌شیرین‌کن ممکن است به‌طور متوسط تنها حدود ۲۴۰ میلی‌لیتر (۸ اونس مایع) باشد. ممکن است چندین روز جمع‌آوری آب لازم باشد تا با آبی که در حین ساخت از دست رفته برابری کند.

## کاربردها
### سایت‌های دورافتاده
آب‌شیرین‌کن‌های خورشیدی در مواردی استفاده می‌شوند که آب باران، لوله‌کشی یا آب چاه غیرقابل دسترسی باشد، مانند خانه‌های دورافتاده یا در هنگام قطع برق. در مناطق نیمه‌گرمسیری که هدف توفندها هستند و ممکن است روزها برق نداشته باشند، تقطیر خورشیدی می‌تواند منبع جایگزینی برای آب تمیز فراهم کند.

سیستم‌های نمک‌زدایی خورشیدی می‌توانند در مکان‌های دورافتاده‌ای که زیرساخت یا شبکه انرژی کمی وجود دارد یا اصلاً وجود ندارد، نصب شوند. انرژی خورشیدی هنوز هم مقرون به صرفه، دوستدار محیط زیست و روشی مؤثر در میان سایر تکنیک‌های تقطیر سنتی محسوب می‌شود. آب‌شیرین‌کن خورشیدی بسیار مؤثر است، به ویژه برای تأمین آب شیرین برای ساکنان جزایر. این ویژگی آن‌ها را برای استفاده در مناطق روستایی یا کشورهای در حال توسعه که دسترسی به آب تمیز محدود است، ایده‌آل می‌سازد.

### بقا
آب‌شیرین‌کن‌های خورشیدی توسط خلبانان سرگردان در اقیانوس استفاده شده و در کیت‌های اضطراری قایق‌های نجات گنجانده شده‌اند.

استفاده از تله میعان برای تقطیر ادرار، اوره و نمک را حذف می‌کند و آب بدن را بازیافت می‌نماید.

### تصفیه فاضلاب
آب‌شیرین‌کن‌های خورشیدی همچنین برای تصفیه فاضلاب شهری، آب‌گیری از لجن فاضلاب و همچنین برای مدیریت پساب کارخانه‌های روغن‌کشی زیتون استفاده شده‌اند.

## مکانیسم وقوع یون در آب مقطر حاصل از آب‌شیرین‌کن خورشیدی
تحقیقات نشان می‌دهد که یون‌هایی مانند  و  می‌توانند در محصولات تقطیر (Distillate) حاصل از آب‌شیرین‌کن‌های خورشیدی وجود داشته باشند. آزمایش‌های تصویربرداری و تقطیر برای بررسی این پدیده انجام شد. نقاط سفید در فضای بخار بالای سطح مشترک آب گرم ریخته شده در ظروف مشاهده شد. غلظت یون‌هایی مانند  و  در محصولات تقطیر حاصل از هر دو آزمایش تقطیر حرارتی و خورشیدی، هم در هنگام استفاده از آب دیونیزه و هم محلول‌های فلوراید با غلظت‌های ۱۰۰ و ۱۰٬۰۰۰ میلی‌گرم در لیتر، مشابه یافت شد. این یافته‌ها نشان می‌دهد که آئروسلها از طریق نشت وارد سیستم تقطیر می‌شوند و به عنوان هسته‌هایی برای میعان بخار آب عمل می‌کنند. اجزای محلول در آبِ آئروسل‌ها در قطرات در حال تشکیل حل می‌شوند، که برخی از آن‌ها توسط همرفت ناشی از شناوری به داخل محصول تقطیر حمل می‌شوند.

## مزایا و معایب
### مزایا
* استفاده از انرژی رایگان خورشیدی
* طراحی ساده
* هزینه عملیاتی پایین
* کیفیت آب بهبود یافته
* قابل تطبیق

### معایب
* فرایند بسیار کند
* باکتری‌ها را نمی‌کشد (یا تضمین صددرصدی ندارد)
* نیاز به فضای بزرگتر
* فقط در حضور نور خورشید به خوبی کار می‌کند

## جستارهای وابسته

* آب‌شیرین‌کن خورشیدی متمرکز
* نمک‌زدایی
* آب شیرین
* ماریا تلکس
* اجاق خورشیدی
* گندزدایی آب با نور خورشید
* استیون کالاهان
* آب‌ساز

## منابع

## اختراعات ثبت شده
* 
* 
* 

## پیوند به بیرون
* ساخت یک آب‌شیرین‌کن خورشیدی
* تقطیر خورشیدی

رده:تقطیر
رده:فناوری‌های مرتبط با آب
رده:تصفیه آب
رده:نیروی خورشیدی
رده:مهارت‌های زنده‌ماندن