التحق بالجامعة
الانتقال إلى الجامعة
انضم إلينا
وظائف أعضاء هيئة التدريس
رؤيتنا
المجلة العلمية
يركز باحثو جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية، بمن فيهم البروفيسور كيم تشون نغ، على مواجهة التحدي الملح المتمثل في زيادة استهلاك الكهرباء في تقنيات التبريد. مصدر الصورة: Shutterstock.
-بقلم: تانيا بيترسن، أخبار كاوست
لا أحد يتمنى أن يقضي يوماً حار في العمل أو في المنزل، فالتكييف يوفّر في هذه الأيام تحسيناً في الإنتاجية خلال حياتنا اليومية. على مدى العقدين الماضيين، ازداد الطلب العالمي على تكييف الهواء بنحو 3 إلى 4 بالمئة سنوياً، إذ تجاوزت القيمة السوقية العالمية لعمليات التبريد 110 مليار دولار سنوياً.
ومن جهة أخرى، تستهلك مكيفات الهواء الآن 9 بالمئة من إجمالي إنتاج الكهرباء السنوي في العالم. ومن المتوقع لهذه النسبة أن تتضاعف بحلول العام 2050، لتصل إلى نحو 20 بالمئة من إجمالي الإنتاج العالمي للكهرباء. أمّا في المملكة، حوالي 70 بالمئة من الكهرباء المستهلكة في أشهر الصيف مخصصة لأنظمة التبريد.
تُعزى معظم هذه الزيادة السنوية إلى تركيب وحدات تكييف جديدة بسبب النمو السكاني السريع من جهة، وبفعل ارتفاع الدخل المتاح عالمياً.
تستهلك الولايات المتحدة، التي يبلغ عدد سكانها حوالي 325 مليون نسمة، طاقةً أكثر لتكييف الهواء مقارنةً بباقي العالم. ووفقاً لبيانات وزارة الطاقة الأمريكية، يُطلق كل منزل به مكيف هواء، حوالي 2 طن من ثاني أكسيد الكربون في الهواء كل عام. ونظراً لاستمرار توليد معظم الكهرباء في جميع أنحاء العالم باستخدام الوقود الأحفوري، فليس من الصعب احتساب كميّة الانبعاثات.
يطرح تكييف الهواء في معظم المنازل حوالي 2 طن من ثاني أكسيد الكربون في الهواء كل عام. مصدر الصورة: Shutterstock.
تحتاج مكيفات الهواء في المباني التجارية والصناعية إلى المياه بهدف طرح الحرارة المنبعثة من دورة التبريد عبر أبراج التبريد. في وادي السيليكون وحده، يمكن للمياه التي تستخدم كل عام لتبريد 800 مركز بيانات في كاليفورنيا، أن تملأ حوالي 158,000 حوض سباحة أوليمبي.
الصين والهند تلحقان بأمريكا بسرعة. إذ ارتفعت نسبة المنازل الصينية المزودة بمكيفات الهواء من 8 بالمئة في 1995 إلى 70 بالمئة في 2004. وتباع هناك أكثر من 60 مليون وحدة تبريد كل عام - أي أكثر من ثمانية أضعاف العدد المباع في الولايات المتحدة سنوياً. ومن المفارقات أن مكيفات الهواء التي تسهم في تغير المناخ سلباً من خلال زيادة انبعاثات الكربون، تخفف من وطأة احترار الكوكب على البشر.
ووعد المبتكرون بأجهزة أكثر كفاءة على مدار العقد الماضي. وتبوأ الباحثون من مركز تحلية وإعادة استخدام المياه في كاوست، مكانة رياديّة في طليعة من يواجه تحديات الاستهلاك المتزايد للطاقة الكهربائية في التبريد. ويعمل البروفسور كيم تشون نغ والدكتور محمد وكيل شهزاد والدكتور محمد برهان؛ وفهيم أختر وتشن قيان، زميلا ما بعد الدكتوراه في كاوست، على استكشاف سبل تحسين كفاءة استخدام الطاقة في المبرّدات (اChillers) المستخدمة في صناعة التبريد، وخفض التكاليف، والمساعدة في خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون من قطاع التبريد.
يدرس البروفيسور كيم تشون نغ، الأستاذ في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (الصورة) وفريق من الباحثين من مركز تحلية وإعادة استخدام المياه بالجامعة، سبل تحسين كفاءة استخدام الطاقة في صناعة التبريد. الصورة بعدسة خلود معاذ.
يقول البروفيسور نغ: "المشكلة الرئيسية التي تعصف بصناعة التبريد، هي كفاءة الطاقة الراكدة في البرّادات التقليدية القائمة على المبرّدات. شهدنا منذ الستينات تحسينات في كفاءة الضواغط الديناميكية الدوّارة بفضل التطورات في صناعة الطيران، كما طرأت منذ التسعينات تحسينات أخرى في كفاءة المبادل الحراري وفي خصائص المبردات، ولكنها كانت تحسينات أكثر تدريجيةً. أما اليوم، فثمّة حاجة ملحة لتطوير عمليات تبريد مبتكرة لتحسين الكفاءة، وإلا فإننا سنزيد من تفاقم ظاهرة الاحتباس الحراري".
أجرى الفريق أبحاثه العلمية بشأن مقاربة جديدة، تزيل الرطوبة من الهواء الخارجي قبل أن يدخل نظام تبريد، مما يسمح بتبريد أكثر كفاءة من دون تبريد كيميائي، ولكن باستخدام تقنيات مثل تبخر الماء.
يقول شهزاد المتخصص في استعادة الطاقة من محطات تحلية المياه: "تعدّ هذه المقاربة تغييراً في قواعد اللعبة. فعند تطبيقها في المباني، يفترض أن نلحظ انخفاضاً كمياً في استهلاك الكهرباء المحدد من 0.85 كيلوواط لكل طن تبريد، إلى ما يقارب 0.5±0.05 كيلوواط لكل طن تبريد، مما يعني وفورات كبيرة في الطاقة والمياه. وهذا إنجاز ضخم".
يظهر هنا مبرّد تبخيري غير مباشر (IEC)، بسعة تبريد إسمية 1 طن تبريد يخضع للاختبار في كاوست. الصورة بعدسة: كيم تشون نغ.
يوضح شهزاد أن المقاربة الجديدة لتصميم أنظمة التبريد، تلغي الحاجة إلى الكثير من المعدات الثقيلة المستخدمة في المبردات التقليدية. ويشمل ذلك الضواغط القائمة على مواد التبريد، ومبردات المواد الكيميائية، ودوائر ضخ المياه المبردة ذات الأنابيب الكبيرة وأنظمة التبريد المبردة بالماء. كما أنّ استبدال هذا الجهاز بنظام أكثر كفاءة سيوفّر مساحة تجارية قيّمة في المباني الكبيرة.
لا تزال هذه المقاربة في مراحلها التكوينية، إلا أنه ثمّة العديد من مراكز البحوث والجامعات والمصنعين الذين يعملون بجدّ ودأب في مجالات مماثلة، لتحسين كفاءة الطاقة المبذولة في تكييف المباني. وفي الواقع، فإنّ هذه المقاربة تنطوي على إمكانات هائلة، من شأنها أن تواجه جدياً تحديات استهلاك الطاقة في قطاع التبريد العالمي.
ويضيف شهزاد: "نتلمّس فرصاً عديدة لتحسين الكفاءات في قطاعات كبيرة من الاقتصاد. وبدعم من أبحاث كاوست، فإننا بدأنا بترجمة العمل المخبري إلى نماذج تجريبية أولية، لبناء مبردات موفرة للطاقة لجميع المباني والمنازل، وضمان مستقبل تبريد مستدام لنا جميعاً".
