مهندسون يطورون جهاز تبريد صديق للبيئة بكفاءة قياسية

متابعة ـ التآخي

توصل الباحثون الى ان التبريد المرن الحراري يوفر الجيل المقبل من حلول التبريد والتدفئة الخضراء الموفرة للطاقة لتغذية سوق التبريد العالمي.

ونجح باحثون في كلية الهندسة بجامعة هونج كونج للعلوم والتكنولوجيا في تطوير جهاز تبريد صديق للبيئة يتمتع بأداء تبريد قياسي، مما يمهد الطريق لتحويل الصناعات المعتمدة على التبريد وتقليل استعمال الطاقة العالمية.

وبفضل زيادة الكفاءة بنسبة تزيد عن 48%، تفتح تقنية التبريد المرنة الحرارية الجديدة طريقًا واعدًا لتسريع تسويق هذه التقنية المبتكرة ومعالجة التحديات البيئية المرتبطة بأنظمة التبريد التقليدية.

وتعتمد تقنية التبريد بالضغط البخاري التقليدي على مبردات ذات قدرة عالية ما يؤدي الى التسبب في ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي.

ويوفر التبريد المرن الحراري الصلب القائم على الحرارة الكامنة في التحول الطوري الدوري لسبائك الذاكرة الشكلية (SMAs) بديلاً صديقًا للبيئة، بخصائصه المتمثلة في مبردات SMA الخالية من الغازات المسببة للاحتباس الحراري وقابلة لإعادة التدوير بنسبة 100% وكفاءة الطاقة.

ولكن الارتفاع الصغير نسبيا في درجة الحرارة بين 20 و50 كلفن، الذي يعد مؤشرا حاسما لأداء قدرة جهاز التبريد على نقل الحرارة من مصدر منخفض الحرارة إلى حوض مرتفع الحرارة، أعاق تسويق هذه التكنولوجيا الناشئة حتى الآن.

للتغلب على هذا التحدي، قام فريق البحث بقيادة البروفيسور صن تشينج بينج، والبروفيسور ياو شوهواي، من قسم الهندسة الميكانيكية والفضائية بتطوير جهاز تبريد مرن حراري متتالي متعدد المواد مصنوع من سبائك الذاكرة على شكل النيكل والتيتانيوم (NiTi) وحطم الرقم القياسي العالمي لأدائه في التبريد.

لقد اختاروا ثلاثة سبائك NiTi بدرجات حرارة مختلفة لانتقال الطور للعمل في الطرف البارد والطرف المتوسط والطرف الساخن على التوالي.

وعن طريق مطابقة درجات حرارة التشغيل لكل وحدة مع درجات حرارة انتقال الطور المقابلة، جرى توسيع نافذة درجة الحرارة الفائقة المرونة للجهاز الإجمالي إلى أكثر من 100 كلفن، وعملت كل وحدة NiTi ضمن نطاق درجة الحرارة الأمثل لها، مما أدى إلى تحسين كفاءة التبريد بشكل كبير.

وتمكن جهاز التبريد المتتالي المرن متعدد المواد من رفع درجة حرارة قدرها 75 كلفن على جانب الماء، متجاوزًا الرقم القياسي العالمي السابق البالغ 50.6 كلفن.

وقد نُشر إنجازهم البحثي الرائد، بعنوان” جهاز تبريد متتالي متعدد المواد مرن حراري لرفع درجة الحرارة الكبيرة “، في مجلة Nature Energy .

وبناءً على النجاح الذي حققه الفريق البحثي في تطوير مواد وهياكل تبريد مرنة حرارية مع عدد من براءات الاختراع والأوراق البحثية المنشورة في المجلات الرائدة، فإنه يخطط لمواصلة تطوير سبائك وأجهزة ذاكرة مرنة الشكل عالية الأداء لتطبيقات التبريد المرنة الحرارية تحت الصفر وضخ الحرارة في درجات حرارة عالية.

وسوف يستمر الفريق في تحسين خصائص المواد وتطوير أنظمة التبريد عالية الكفاءة في استغلال الطاقة لدفع تسويق هذه التكنولوجيا المبتكرة.

وتمثل عمليات تبريد وتدفئة الفضاء ما يصل إلى 20% من إجمالي استهلاك الكهرباء في العالم، ووفقًا لتقديرات الصناعة، من المتوقع أن تصبح ثاني أكبر مصدر للطلب العالمي على الكهرباء بحلول عام 2050.

ويقول البروفيسور صن “في المستقبل، مع التقدم المستمر في علم المواد والهندسة الميكانيكية، نحن على ثقة من أن التبريد المرن الحراري يمكن أن يوفر الجيل المقبل من حلول التبريد والتدفئة الخضراء الموفرة للطاقة لتغذية سوق التبريد العالمي الضخم، ومعالجة المهمة العاجلة المتمثلة في إزالة الكربون والتخفيف من ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي”.

وبات تكييف الهواء موضع نقاش عالمي في ظل موجات الحرّ التي تتزايد حدّتها في شتى أنحاء العالم، ففيما يستعمل بصورة شائعة في الولايات المتحدة، يواجه انتقادات في أوروبا ويبدي سكان آسيا رغبة كبيرة في استعماله.

وتبريد الهواء هو أحد حلول التكييف الأكثر انتشاراً في عالم يشهد تفاقماً في الاحترار المناخي، وبات من الضرورات اليومية تقريباً لملايين السكان مع ما يضمنه من بقائهم على قيد الحياة، بحسب الخبراء.

ومع أنّ تكييف الهواء يوفّر راحة فورية للأشخاص، لكنّه يحمل آثاراً وخيمة على المناخ. إذ لتزويد مكيفات الهواء بالكهرباء، تطلق محطات الطاقة كميات إضافية من غازات الدفيئة في الغلاف الجوي، وهو ما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الكوكب المُرتفعة أصلاً.

وبحسب وكالة الطاقة الدولية، إنّ تكييف الهواء مسؤول راهناً عن انبعاث نحو مليار طن من ثاني أكسيد الكربون سنوياً من إجمالي 37 ملياراً من الانبعاثات في أنحاء العالم.

ويعد الخبراء أنّ ثمة إمكانية لوقف هذه الدوّامة بتطوير الطاقات المتجددة ومكيفات الهواء الأقل استهلاكاً للطاقة وتقنيات تبريد أخرى.