ابتكار علمي لتطوير نظام تبريد جديد يعمل بالجاذبية عوضًا عن الكهرباء

توصلت جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية "كاوست" إلى ابتكار علمي؛ لتطوير نظام تبريد جديد يعمل بالجاذبية عوضًا عن الكهرباء؛ المتمثل في جهاز واعد لتبريد الخلايا الشمسية وتقنيات أشباه الموصلات الأخرى لا يحتاج إلى الكهرباء؛ يستخدم خلاله 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.

وعكف على هذا الإنجاز الابتكاري فريق بحثي دولي بقيادة البروفيسور تشياو تشيانغ غان من جامعة "كاوست"؛ والذي بنى استنتاجاته؛ على أن توافر أشعة الشمس بكثرة والاستثمار الكبير في تقنية الخلايا الشمسية قد منح المملكة العربية السعودية موقعًا متميزًا في تحولها لتكون مصدرًا رائدًا للطاقة المتجددة حاليًا؛ حيث تمثل الطاقة الشمسية أكثر من 80% من إجمالي الطاقة الخضراء في البلاد؛ وهناك مفارقة مثيرة تتعلق بهذه الخلايا؛ فتشغيلها يرفع من درجة حرارتها؛ لذا تعد أنظمة التبريد ضرورية، لكن العديد منها يعتمد على الكهرباء.

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؛ حيث إن من العوامل التي تؤثر سلبًا على الكفاءة التصاق الماء بسطح جهاز التجميع، وقد تم اكتشاف أنه من خلال إضافة طلاء مزلّق خاص يتكون من مزيج من البوليمر التجاري وزيت السيليكون؛ يمكن تحسين جمع المياه باستخدام الجاذبية فقط؛ فيما يُعد هذا المشروع الذي نشرت دراسته البحثية في المجلة العلمية "Advance Materials"؛ أحد المشاريع النشطة في مركز التميّز للطاقة المتجددة والتقنيات المستدامة الجديد في "كاوست"؛ وقد قدر العلماء خلال مسيرة المشروع البحثية أن كمية المياه في الغلاف الجوي تعادل ستة أضعاف المياه الموجودة في الأنهار جميعها؛ وأنه يمكن جمع هذه المياه باستخدام تقنيات جمع المياه من الغلاف الجوي.

من جانبه، أوضح البروفيسور تشياو تشيانغ غان؛ أن 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 تمكن الفريق البحثي من القضاء على هذه المشكلة بشكل فعال، ما يسمح بتجميع المياه بشكل سلبي حقيقي مستندًا إلى جاذبية المياه؛ حيث يعمل هذا النظام بالكامل على أساس التبريد الإشعاعي السلبي؛ مما يعني أنه لا يستهلك أي كهرباء فيعتمد 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.

يذكر أنه اختبر الجهاز الجديد ست مرات على مدار عام في ظروف طبيعية بمدينة ثول؛ التي تقع على بعد حوالي 100 كم شمال جدة؛ وقد أظهر قدرته على مضاعفة معدل تجميع المياه بشكل واضح مقارنة بالتقنيات البديلة المستخدمة لجمع المياه من الغلاف الجوي، بالإضافة إلى كفاءته في تجميع المياه، حيث من المتوقع أن تحقق هذه التقنية الفوائد الاقتصادية المحتملة لاعتمادها؛ فالنظام 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.