جامعة الملك عبد الله للعلوم.. تطوير نظاماً مستداماً يستخدم الطاقة الشمسية السلبية لتبريد منخفض التكلفة للطعام والمنازل في المجتمعات الفقيرة
أثرت تبعات ظاهرة تغيّر المناخ، مثل ارتفاع درجات الحرارة بصورة عامة على أجزاء كثيرة من العالم، وباتت هناك حاجة ملحة من أجل توفير وسائل تبريد مبتكرة لحماية الأرواح وحفظ الأطعمة خصوصاً في المجتمعات الفقيرة التي لا تصلها الكهرباء.
وفى هذا الإطار طور فريق بحثي في جامعة الملك عبدالله للعلوم والتقنية (كاوست)، نظاماً مستداماً يستخدم الطاقة الشمسية السلبية لتبريد منخفض التكلفة للطعام والمنازل في المجتمعات الفقيرة التي لا تصلها شبكة الكهرباء، حيث يستخدم النظام، الذي لا يحتوي على مكونات كهربائية، تأثير التبريد القوي الذي يحدث عند إذابة أملاح معينة في الماء، ثم يجدد هذه الأملاح باستخدام الطاقة الشمسية لتبخير المياه بحيث تصبح هذه الاملاح جاهزةً لإعادة الاستخدام في دورة التبريد اللاحقة.
يقول وينبين وانغ، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر البروفيسور بينغ وانغ في كاوست :”تتوفر الطاقة الشمسية بمستويات عالية في المناطق الحارة، لذلك كان عملياً لنا استخدام تلك الطاقة في عملية التبريد، ومن هنا أتت فكرة ابتكار تصميم متطور صديق للبيئة وغير مكلف يمكنه تحويل الطاقة الشمسية وتخزينها دون الحاجة للشبكة الكهربائية وفي الوقت نفسه، يوفر قدرة تبريد مستدامة”.
يعتمد نظام التبريد الذي صممه فريق كاوست على خطوتين هما التبريد بالإذابة وتجديد الأملاح، حيث تستند خطوة التبريد إلى حقيقة أن عملية إذابة بعض الأملاح الشائعة في الماء تمتص الطاقة، مما يؤدي إلى تبريد الماء بسرعة. وقد استخدم الفريق أملاح نترات الأمونيوم (NH٤NO٣) لأدائها المتميز في عملية التبريد والتي قدمت قوة تبريد أكبر بأربع مرات من أقرب منافس لها، كلوريد الأمونيوم (NH٤Cl)، ويمكن أن تُعزى قوة التبريد الاستثنائية لنترات الأمونيوم إلى قابليتها للذوبان بسرعة عالية.
يقول وينبين وانغ: “وصلت قابلية ذوبان أملاح نترات الأمونيوم إلى ٢٠٨ جرام لكل ١٠٠ جرام من الماء، بينما كانت قابلية ذوبان الأملاح الأخرى أقل من ١٠٠ جرام، الا أن الميزة الأخرى لنترات الأمونيوم هو أنها رخيصة جدًا وتستخدم فعلياً على نطاق واسع كسماد”.
ومن خلال التجارب الميدانية أظهر الفريق أن نظام التبريد الذي طوره يمتلك إمكانات جيدة في عملية تخزين الطعام وحفظه، فعندما تم إذابة الملح تدريجيًا في الماء في كوب معدني موضوع داخل صندوق من البوليسترين (لدائن صناعية)، انخفضت درجة حرارة الكوب من درجة حرارة الغرفة إلى حوالي ٣,٦ درجة مئوية وظلت أقل من ١٥ درجة مئوية لأكثر من ١٥ ساعة.
وبمجرد وصول المحلول الملحي إلى درجة حرارة الغرفة، استخدم الفريق الطاقة الشمسية لتبخير المياه باستخدام مولد طاقة شمسية ثلاثي الأبعاد على شكل كوب مصنوع من مادة مصممة لامتصاص أكبر قدر ممكن من الطيف الشمسي، وبعد تبخر الماء، تشكلت بلورات أملاح نترات الأمونيوم فوق الجدار الخارجي للكوب.
يقول وينبين وانغ: “يمكن جمع الملح المتبلور تلقائيًا عندما يتساقط بسبب الجاذبية، وبمجرد جمعه، يصبح شكلاً من أشكال الطاقة الشمسية المخزنة، ويكون جاهزًا لإعادة استخدامه مرة أخرى عند الحاجة للتبريد”.
