إن توافر أشعة الشمس بكثرة والاستثمار الكبير في تقنية الخلايا الشمسية قد منح المملكة العربية السعودية موقعاً متميزاً في تحولها لتكون مصدراً رائداً للطاقة المتجددة. حالياً، تمثل الطاقة الشمسية أكثر من 80% من إجمالي الطاقة الخضراء في البلاد. لكن هناك مفارقة مثيرة تتعلق بهذه الخلايا، حيث إن تشغيلها يرفع من درجة حرارتها. لذا، تعتبر أنظمة التبريد ضرورية، لكن العديد منها يعتمد على الكهرباء. 

وفي هذا السياق صمم فريق بحثي دولي بقيادة البروفيسور تشياو تشيانغ غان من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست) جهاز واعد لتبريد الخلايا الشمسية وتقنيات أشباه الموصلات الأخرى لا يحتاج إلى الكهرباء، حيث يستخرج الجهاز الماء من الهواء باستخدام الجاذبية فقط، ويعتمد على مواد رخيصة ومتاحة بسهولة. كما يمكن إعادة استخدام المياه الناتجة في الري والغسيل وتبريد المباني التي توضع عليها الخلايا الشمسية وغيرها من التطبيقات. 

يقدّر العلماء أن كمية المياه في الغلاف الجوي تعادل ستة أضعاف المياه الموجودة في الأنهار جميعها. يشير غان إلى أنه يمكن جمع هذه المياه باستخدام تقنيات جمع المياه من الغلاف الجوي. وعلى الرغم من أن هذه التقنيات تحقق نتائج جيدة إلى حد ما، إلا أنها في المناطق القاحلة مثل المملكة العربية السعودية تحتاج إلى كهرباء لجمع كميات مناسبة من المياه. وقد يشكل هذا الطلب عائقًا أمام استخدام الخلايا الشمسية في المناطق الريفية والنائية بالمملكة. 

من العوامل التي تؤثر سلبًا على الكفاءة التصاق الماء بسطح جهاز التجميع. وقد اكتشف البروفيسور دان دانيال وزميله شاكيل أحمد، الباحث ما بعد الدكتوراه في مجموعة البروفيسور غان، أنه من خلال إضافة طلاء مزلّق خاص يتكون من مزيج من البوليمر التجاري وزيت السيليكون، يمكن تحسين جمع المياه باستخدام الجاذبية فقط. 

يُعتبر أحد التحديات الشائعة في أنظمة تجميع المياه من الهواء هو أن قطرات الماء غالبًا ما تلتصق بسطح [الجهاز]، مما يتطلب تجميعًا نشطًا للمكثفات. لكن بفضل الطلاء الذي طورناه، تمكنا من القضاء على هذه المشكلة بشكل فعال، ما يسمح بتجميع المياه بشكل سلبي حقيقي مستندًا إلى جاذبية المياه. يعمل هذا النظام بالكامل على أساس التبريد الإشعاعي السلبي، مما يعني أنه لا يستهلك أي كهرباء. يعتمد هذا الحل على تقنية سابقة صممها غان، التي كانت تهدف في الأصل إلى عكس الطاقة الحرارية نحو السماء للحفاظ على برودة الخلايا الشمسية، وليس لجمع المياه. 

اُخْتُبِر الجهاز الجديد ست مرات على مدار عام في ظروف طبيعية بمدينة ثول، التي تقع على بعد حوالي 100 كم شمال جدة. وقد أظهر الجهاز قدرة على مضاعفة معدل تجميع المياه بشكل واضح مقارنة بالتقنيات البديلة المستخدمة لجمع المياه من الغلاف الجوي. بالإضافة إلى كفاءته في تجميع المياه، يشعر دانيال بالحماس تجاه الفوائد الاقتصادية المحتملة لاعتماد هذه التقنية، حيث أوضح أن "النظام لا يحتاج إلى استهلاك الكهرباء، مما يسهم في توفير الطاقة. كما أنه لا يعتمد على أي أجزاء ميكانيكية مثل الضواغط أو المراوح، مما يقلل من تكاليف الصيانة مقارنة بالأنظمة التقليدية، ومن ثم يحقق مزيدًا من التوفير".  

شارك في هذه الدراسة التي نُشِرَت في المجلة العلمية "Advance Materials" كل من غان، والأستاذ المشارك في كاوست جيورجي سيكيلي، والأستاذ المساعد دان دانيال. يُعتبر هذا المشروع واحداً من العديد من المشاريع النشطة في مركز التميّز للطاقة المتجددة والتقنيات المستدامة الجديد في كاوست.