طريقة علمية للحد من تأثير الغبار على كفاءة الألواح الشمسية

باحثون أكدوا أهميتها في العالم العربي

الآلية الجديدة مستوحاة من الاهتزازات الطبيعية لأغصان الأشجار (الشرق الأوسط)
الآلية الجديدة مستوحاة من الاهتزازات الطبيعية لأغصان الأشجار (الشرق الأوسط)
TT

طريقة علمية للحد من تأثير الغبار على كفاءة الألواح الشمسية

الآلية الجديدة مستوحاة من الاهتزازات الطبيعية لأغصان الأشجار (الشرق الأوسط)
الآلية الجديدة مستوحاة من الاهتزازات الطبيعية لأغصان الأشجار (الشرق الأوسط)

تُعدّ الطاقة الشمسية أحد أهم مصادر الطاقة المتجددة التي تعتمد عليها دول منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا، بسبب ارتفاع أسعار الوقود وتغير المناخ. لكن الألواح الشمسية، التي تحوّل ضوء الشمس مباشرة إلى كهرباء، تواجه مشكلة تراكم الغبار الذي يؤثر بشكل كبير في أدائها.

وتسود الظروف الصحراوية وقلة الأمطار مناطق مثل الشرق الأوسط، حيث تتراكم كميات كبيرة من الغبار على الألواح الشمسية، ما يؤدي إلى تقليل كفاءتها بشكل كبير.

وتتنوّع تقنيات تنظيف الألواح الشمسية بين تقنيات مثل الروبوتات الذاتية، التي تقدّم حلولاً فاعلة، لكنها مكلفة وغير فعّالة في الظروف الرطبة، بالإضافة إلى تقنيات تعتمد على الأمطار، أو الطلاءات مثل «الهيدروفوبية» (المضادة للسوائل) و«الهيدروفيلية» (المتقبلة للسوائل)، التي تعتمد على المطر لإزالة الغبار، لكن في المناطق القاحلة، تكون هذه الطلاءات أقل فاعلية، وتتطلّب هذه الحلول تكاليف إضافية، وقد لا تناسب جميع الأنظمة.

بحث عربي - ألماني

وفي محاولة لإيجاد طريقة أكثر فاعلية، طوّر باحثون في مصر -بالتعاون مع باحثين في ألمانيا- طريقة تنظيف للألواح الكهروضوئية مستوحاة من الاهتزازات الطبيعية لأغصان الأشجار، ونُشرت النتائج، بعدد 5 أغسطس (آب) 2024 من دورية «ساينتفك ريبورتس».

ويعالج هذا النهج المُبتكر التحدي الشائع المتمثل في تراكم الغبار على الألواح الشمسية، خصوصاً في المناطق القاحلة مثل الشرق الأوسط وشمال أفريقيا، حيث يُضعف الغبار بشكل كبير كفاءة الألواح.

ووفق ما ذكره الباحثون في دراستهم، بشأن تأثير الغبار في كفاءة الألواح الكهروضوئية، فإنه في الكويت، بلغ انخفاض الكفاءة 45.8 في المائة خلال 3 أشهر إذا تُركت دون تنظيف. وفي قطر، انخفضت الكفاءة بنسبة 15 في المائة بعد شهر، و68 في المائة بعد 234 يوماً.

وفي بغداد، سجلت دراسة انخفاضاً يومياً بنسبة 6.24 في المائة، و18.74 في المائة شهرياً. وفي السعودية، انخفضت الكفاءة بنسبة 33.5 في المائة بعد شهر، و65.8 في المائة بعد 6 أشهر. وفي مصر، بلغ الانخفاض 50 في المائة في أقل من 3 أشهر.

وتظهر دراسة سلوك أوراق الأشجار في المناطق الصحراوية كيف تساعد حركة الرياح في تنظيف الأوراق من الغبار بشكل طبيعي. ويتحرك النخيل، على سبيل المثال، بفعل الرياح ما يساعد في إزالة الغبار وتبريد الأوراق، وهذا السلوك يمكن أن يكون مصدر إلهام لتطوير حلول مشابهة للألواح الشمسية، مثل تحسين تصميم الألواح لزيادة قدرتها على الحركة لتقليل تأثير الغبار.

آلية تنظيف طبيعية

ومن خلال محاكاة آلية التنظيف الذاتي الطبيعية لأوراق الأشجار، طوّر الباحثون طريقة التثبيت للألواح الكهروضوئية التي يمكنها أن تقلّل بشكل كبير من الحاجة إلى التنظيف اليدوي؛ إذ صمّموا بنجاح نظام لوحة كهروضوئية يهتزّ استجابة إلى الرياح؛ ما يؤدي إلى إزاحة جزيئات الغبار من الألواح بصورة فاعلة للحفاظ على كفاءتها المُثلى.

وأظهرت الألواح ذات نظام التثبيت المرن الجديد انخفاضاً في الكفاءة بنسبة 5 في المائة فقط بعد 6 أسابيع من التشغيل. وعلى النقيض من ذلك، شهدت الألواح المثبتة بشكل صلب انخفاضاً في الكفاءة بنسبة 25 في المائة خلال الفترة نفسها. وتظهر النتائج أن النظام المرن يقلّل بشكل كبير من تأثير تراكم الغبار.

يقول الباحث الرئيسي للدراسة، الأستاذ بقسم الهندسة الميكانيكية بكلية الهندسة «جامعة بني سويف» في مصر، الدكتور محمد سلامة عبد الهادي: «تتشابه الألواح الكهروضوئية مع أوراق الأشجار في التقاط الضوء من الشمس، لكنها تتسخ بسرعة أكبر، خصوصاً في المناطق الصحراوية، والسبب هو أن أوراق الأشجار تهتز بفعل الرياح؛ ما يسمح للغبار بالسقوط، في حين الألواح الكهروضوئية ثابتة فتتراكم عليها الأوساخ».

وأضاف لـ«الشرق الأوسط»، أن «النهج الجديد يعزّز أداء الألواح الشمسية من خلال تقليل تراكم الغبار، عبر تمكين الألواح من الاهتزاز والتنظيف الذاتي، وهذه الطريقة يمكن أن تكون واعدة للحفاظ على أنظمة الطاقة الشمسية في البيئات الصعبة».

وأوضح أن نظام التركيب المرن للألواح يسمح بالتذبذب، محاكياً تأثير التنظيف الذاتي الملحوظ في أوراق الشجر، وتقدّم طريقة التخفيف السلبي للغبار هذه حلاً فعّالاً من حيث التكلفة؛ للحفاظ على كفاءة الألواح الشمسية دون الحاجة إلى التنظيف اليدوي المتكرر.

وأشار عبد الهادي إلى إمكانية إجراء مزيد من الدراسات حول كيفية استخدام نظام التثبيت المرن للألواح لتحسين كفاءة تبريد الألواح الشمسية؛ إذ يمكن للاهتزاز أن يساعد في توزيع الحرارة بشكل أكثر تساوياً، وتحسين التهوية حول الألواح، ما يُسهم في تعزيز الأداء العام للألواح الشمسية.



فيروسات تنفسية تختبئ في الخلايا المناعية للرئتين

فيروسات تنفسية تختبئ في الخلايا المناعية للرئتين
TT

فيروسات تنفسية تختبئ في الخلايا المناعية للرئتين

فيروسات تنفسية تختبئ في الخلايا المناعية للرئتين

تشير دراسة، أجراها باحثون في كلية الطب بجامعة واشنطن، إلى أن الفيروسات التنفسية، مثل «الفيروس المخلوي التنفسي»، قد تختبئ في الخلايا المناعية بالرئتين لمدة طويلة بعد زوال الأعراض الأولية للعدوى.

بقايا الفيروسات تخلق بيئة التهابية

تأتي أهمية هذا الاكتشاف من أنه يشير إلى أن الفيروسات المستمرة في الخلايا المناعية يمكن أن تخلق بيئة التهابية مزمنة، مما يعزز تطور أمراض الرئة، مثل الربو، ومرض الانسداد الرئوي المزمن، وهو مرض مزمن يتسم بانسداد الشعب الهوائية، وقلة تدفق الهواء بشكل مزمن، وقصور في وظائف الرئة لا رجعة فيه.

وتشير النتائج، التي نشرت بمجلة «Nature Microbiology» في 2 أكتوبر (تشرين الأول) 2024، إلى نهج جديد محتمل للوقاية من الربو و«مرض الانسداد الرئوي المزمن chronic obstructive pulmonary disease (COPD)»، وأمراض الرئة المزمنة الأخرى، عبر القضاء على الفيروسات التنفسية المستمرة التي تغذي هذه الحالات.

رصد البقايا قبل إخراج الأطفال من المستشفى

وقالت المؤلفة الرئيسية، كارولينا لوبيز، أستاذة علم الأحياء الدقيقة الجزيئية في كلية الطب بجامعة واشنطن: «في الوقت الحالي يرسَل الأطفال الذين أُدخلوا إلى المستشفى بسبب عدوى تنفسية بـ(الفيروس المخلوي التنفسي respiratory syncytial virus - RSV) إلى منازلهم بمجرد اختفاء أعراضهم. ولتقليل خطر إصابة هؤلاء الأطفال بالربو، فربما نتمكن في المستقبل من التحقق مما إذا كان الفيروس قد اختفى بالفعل من الرئة، والقضاء على جميع الفيروسات المتبقية، قبل إرسالهم إلى المنزل».

ويتعايش نحو 27 مليون شخص في الولايات المتحدة مع حالات الربو، فكثير من العوامل يؤثر على احتمالية إصابة الشخص بمرض الجهاز التنفسي المزمن، بما في ذلك العيش في حي ذي جودة هواء رديئة، والتعرض لدخان السجائر، والدخول إلى المستشفى بسبب الالتهاب الرئوي الفيروسي، أو التهاب الشعب الهوائية في أثناء الصغر.

الفيروسات المختبئة تسبب الربو لاحقاً

وقد اشتبه بعض الباحثين في أن الصلة بين عدوى الرئة الخطرة وتشخيص الربو اللاحق كانت بسبب الفيروس نفسه المتبقي في الرئتين، الذي يسبب تلفاً مستمراً. ولكن لم يُثبَت وجود صلة مباشرة بين الوجود المستمر للفيروس وأمراض الرئة المزمنة من قبل.

وقد طورت لوبيز والمؤلف الآخر للدراسة، إيتالو أراوغو كاسترو، وهو باحث ما بعد الدكتوراه في مختبرها، نظاماً فريداً من نوعه يتضمن فيروس فأر طبيعياً يُعرف باسم «فيروس سينداي (Sendai virus)». ويرتبط «سينداي» بـ«فيروس نظير الإنفلونزا البشري (human parainfluenza virus)»، وهو فيروس تنفسي شائع مثل «الفيروس المخلوي التنفسي» يرتبط بالربو لدى الأطفال.

ويتصرف «سينداي» في الفئران بالطريقة نفسها التي يتصرف بها «فيروس نظير الإنفلونزا البشري» في البشر، مما يجعله نموذجاً ممتازاً لأنواع العدوى التي يمكن أن تؤدي إلى أمراض الرئة المزمنة.

الأهمية الطبية للاكتشاف

لطالما عرف الأطباء أن الأطفال الذين يصابون بعدوى شديدة بفيروسات الجهاز التنفسي يكونون أكثر عرضة للإصابة بالربو لاحقاً. ومع ذلك، لم يكن السبب وراء هذا الرابط واضحاً، لكن هذه الدراسة تقدم حلاً لهذا اللغز عبر إظهار أن الفيروسات المستمرة في الخلايا المناعية تساهم في إحداث التهاب مزمن يؤدي إلى تلف في الرئتين يمكن أن يتطور إلى أمراض رئة مزمنة.

الاختباء داخل الخلايا المناعية

تستمر الفيروسات التنفسية في الاختباء داخل الخلايا المناعية، وليس في الخلايا الظهارية (التي تبطن الجهاز التنفسي) كما كان يُعتقد سابقاً. وهذه الخلايا المناعية المصابة تصبح أكثر التهابية، مما يؤدي إلى إحداث التهاب مزمن في الرئتين.

ومع مرور الوقت، يؤدي هذا الالتهاب إلى تغييرات في أنسجة الرئة، مثل التهاب الأوعية الدموية والحويصلات الهوائية، وظهور أنسجة مناعية زائدة؛ مما يتسبب في تلف طويل الأمد، على الرغم من أن الشخص قد يبدو ظاهرياً متعافياً.

تطبيقات علاجية ووقائية

تشير الدراسة الجديدة إلى أنه إذا تمكن الأطباء من استهداف هذه الخلايا المناعية المصابة والقضاء عليها، فقد يكون من الممكن منع أو تقليل تطور أمراض الرئة المزمنة مثل الربو ومرض الانسداد الرئوي المزمن.

كما تفتح هذه النتائج الباب أمام نهج جديد في الوقاية من الربو لدى الأطفال المعرضين للخطر بعد الإصابة بعدوى فيروسية تنفسية شديدة؛ إذ يمكن أن تشمل الاستراتيجيات المستقبلية فحص المرضى، خصوصاً الأطفال، بعد زوال الأعراض للتأكد من القضاء على الفيروس تماماً قبل خروجهم من المستشفى.

وقد يغير اكتشاف أن الفيروسات يمكن أن تستمر في الخلايا المناعية وتؤدي إلى التهاب مزمن، الطريقة التي يجري التعامل بها مع المرضى الذين يعانون من عدوى تنفسية شديدة؛ مما يعزز الجهود لتقليل المخاطر طويلة الأمد المتعلقة بأمراض الرئة.

وأضافت لوبيز: «قد يصاب كل طفل تقريباً بهذه الفيروسات قبل سن الثالثة، وربما يصاب 5 في المائة بمرض خطر بما يكفي لدرجة أنه قد يصاب بعدوى مستمرة، لكننا في المقام الأول لن نتمكن من منع إصابة الأطفال، ولكن إذا فهمنا كيف تستمر هذه الفيروسات والتأثيرات التي يخلفها استمرارها على الرئتين، فقد نتمكن من تقليل حدوث مشكلات خطرة طويلة الأمد».