باحثون من جامعة خليفة يكشفون عن مواد مبردة لأجهزة التكييف يمكنها أن تخزن الحرارة بهدف توفير الطاقة

مع زيادة معدلات الزئبق في دولة الإمارات، اتجهت أنظار الفريق البحثي الذي ضم كل من الدكتورة لورديس فيغا، مديرة مركز جامعة خليفة للبحث والابتكار في ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين وعلماء بحوث جامعة خليفة الدكتور إيدر غارسيا والدكتور دانييل باهامون، إلى إيجاد طرق فعالة وآمنة على البيئة لأنظمة تكييف الهواء.

بدورها، قالت الدكتورة لورديس: "يُتوقع أن يتزايد الطلب على مواد التبريد وأجهزة التكييف في السنوات المقبلة نظرًا للاحتباس الحراري العالمي وزيادة الثروات في المناطق المدارية، حيث تسجل هذه العملية وحدها حوالي %10 من الاستهلاك العالمي للكهرباء، الأمر الذي يستدعي ضرورة إيجاد بدائل آمنة على البيئة".

ويُتوقع أن يتزايد الطلب العالمي على الطاقة الناتج عن أجهزة التكييف بمقدار  ثلاثة أضعاف بحلول عام 2050، إضافة لارتفاع تكاليف مزودات الطاقة الخاصة بأجهزة التكييف وآثارها السلبية على البيئة.

وتقوم الدكتورة لورديس وفريقها بالبحث في عملية تبريد نظيفة تُعرف بـ (التبريد بالامتصاص) التي قد تحل محل مضخات التبريد الحرارية التقليدية التي تستهلك كمًا كبيرًا من الطاقة، كما يمكن أن تُستخدم كطريقة لحفظ الطاقة الحرارية.

وتعتمد أنظمة مكيفات الهواء التقليدية على دورات الضغط البخاري ومضخة ميكانيكية يقوم نظام عملها على استهلاك كميات كبيرة من الطاقة الكهربائية خلال عملية تبريد الهواء، إضافة لمواد التبريد التي تحتوي على الغاز المعالج بالفلور والذي يسبب الاحتباس الحراري العالمي الضار بالبيئة.

وفي هذا الصدد، يعتبر نظام التبريد القائم على الامتصاص أبسط من الأنظمة التقليدية، فهو يتكون من جزئين هما، الخزان الذي يُحفظ به مادة السائل المبردة والحوض المملوء بمادة صلبة التي تقوم بالامتصاص، حيث تقوم جزيئات المادة المبردة بالالتصاق على سطح المادة الصلبة مكونة شريط يتجمع فيه بخار المادة المبردة.

تقوم هذه الأنظمة بتحويل الطاقة إلى طاقة مبرِّدة دون حدوث أي خلل في أجزائها، ما يجعلها فعالة لأطول فترة زمنية ممكنة مقارنة بأنظمة التبريد التقليدية التي تعتمد على ضغط البخار، كما يمكن تشغيل نظام التبريد بالامتصاص باستخدام مصادر الطاقة المتجددة كالشمس.

ويتطلب تطوير نظام كهذا إيجاد أفضل المواد المبرِّدة والمواد القادرة على الامتصاص. وفي الوقت الحالي، تعتبر مركبات الكربون الهيدروفلورية من أكثر المبرِّدات شيوعًا في مجال تكييف الهواء، والتي تساهم في الوقت نفسه بشكل كبير في مشكلة الاحتباس الحراري، الأمر الذي يستدعي التخلص منها تدريجيًا على المستوى العالمي.

وفي سياق تجارب المحاكاة الحاسوبية، تحاول الدكتورة لورديس وفريقها البحث عن أفضل المواد المبرِّدة ومواد الامتصاص التي تتميز باحتوائها على مركبات معدنية عضوية ذات خصائص آمنة وإمكانية متدنية للتسبب في الاحتباس الحراري كمادة الأوليفينات الهيدروفلورية. ونشر الباحثون نتائج المشروع في المجلة العلمية المرموقة "إيه سي إس ساستينبل كيميستري آند إنجنييرنغ".

وقام الفريق البحثي بإجراء تجارب المحاكاة لاختبار إمكانية الاستفادة من المركبات المعدنية العضوية في التطبيقات التي تقوم على الحفظ الحراري، حيث تمت دراسة ما مجموعه 40 مركبًا معدنيًا عضويًا باستخدام ثلاثة أنواع مبرِّدات مكونة من أوليفينات الهيدروفلور غير المسببة للاحتباس الحراري مقارنة بغيرها من المواد التقليدية كمركبات كربونات الهيدروفلور.

يذكر أن الفريق البحثي توصل إلى العلاقة التي تربط سعة الامتصاص بخصائص المواد، حيث وجد الباحثون أن المركبات المعدنية العضوية تتفاعل بشكل ملحوظ مع المبرِّدات وهو ما يجعلها ملائمة لتطبيقات حفظ الطاقة الحرارية. أما فيما يتعلق بحفظ الطاقة الحرارية  البارد، أظهرت المواد المعدنية العضوية ذات الحجم المسامي الأكبر  مقدارًا أعلى في كثافة الطاقة مقارنة بالمواد التجارية المستخدمة في الوقت الحالي.