وقود مستخرج من «الطحالب الخضراء» ينجح في تحريك سيارة

فريق بحثي مصري يأمل باستخدامه في الطائرات

رئيس الفريق البحثي د. فاروق كامل الباز أمام المفاعل الضوئي الحيوي المستخدم في تخليق الوقود الحيوي («الشرق الأوسط»)
رئيس الفريق البحثي د. فاروق كامل الباز أمام المفاعل الضوئي الحيوي المستخدم في تخليق الوقود الحيوي («الشرق الأوسط»)
TT

وقود مستخرج من «الطحالب الخضراء» ينجح في تحريك سيارة

رئيس الفريق البحثي د. فاروق كامل الباز أمام المفاعل الضوئي الحيوي المستخدم في تخليق الوقود الحيوي («الشرق الأوسط»)
رئيس الفريق البحثي د. فاروق كامل الباز أمام المفاعل الضوئي الحيوي المستخدم في تخليق الوقود الحيوي («الشرق الأوسط»)

عامان فقط وسيتعين على جميع مطارات العالم استبدال نسبة 20 في المائة من الوقود التقليدي بوقود حيوي في خزانات الوقود، وذلك حسب ما تقضي اتفاقيات دولية مختلفة بينها «اتفاقية باريس للمناخ». وأظهرت حسابات شركات الطيران المحلية سيتعين عليها توفير 300 ألف طن وقود حيوي سنويا، وفي حال لم تنجح سيكون عليها دفع غرامات مقررة بموجب التوقيع وتقدر بـ9 يوروات عن كل كيو غاز ملوث.
ويبدو أن ذلك الإلزام كان الدافع لفريقي البحثي المصري، إذ يقول د. فاروق كامل الباز، أستاذ الكيمياء الحيوية والباحث الرئيسي للمشروع لـ«الشرق الأوسط»: «استطعنا إنتاج الوقود الحيوي اللازم لتسيير السيارات من الطحالب الخضراء، واستبدلنا 20 في المائة من الوقود التقليدي، ونعمل الآن على الوقود الحيوي اللازم لتسيير الطائرات».
وشرح الباز، أنه بدأ وفريق العمل في الوحدة البحثية الخاصة باستخراج الوقود الحيوي من الطحالب الخضراء في نوفمبر (تشرين الثاني) 2016، وذلك بعد الحصول على دعم من برنامج البحوث والتنمية والابتكار (RDI) بالاتحاد الأوروبي. ومرت تلك التجربة الناجحة بعدة خطوات يتحدث عنها د. الباز، وكان أولها اختيار المصدر الذي سيتم استخدامه في إنتاج الوقود الحيوي، فكان الاختيار لسلالة من الطحالب الخضراء تم عزلها من البيئة المصرية، وتحديدا من منطقة الملاحات بمحافظة الفيوم.
وشرح أنه تم اعتماد تلك النوعية من الطحالب بسبب نسبة الزيت العالية بهذه الطحالب وكفاءتها العالية في التمثيل الضوئي بما يجعلها سريعة التكاثر، وأخيراً لأنها مصدر غير غذائي، وبالتالي لن تكون هناك تأثيرات سلبية على الأمن الغذائي.
وأضاف: «كما أن الإنسان يسارع إلى تخزين المواد الغذائية كلما شعر بخطر نقص أحد المواد في السوق، فإن ما نفعله معمليا هو تحفيز الخلية الخاصة بالنبات على تخزين نسبة أعلى من الزيوت عن طريق تدخل ما نقوم به لإشعارها بالخطر، دون أن يوثر ذلك على نموها، وتولينا تسجيل تلك الآلية كبراءة اختراع بمكتب براءات الاختراع المصري».
وكان من نتيجة الطريقة المستحدثة لتحفيز إنتاج الزيت، هو الارتفاع بمعدل وجود الزيت في سلالة الطحالب المستخدمة من 8 في المائة إلى نسبة تتراوح بين 40 و50 في المائة، كما يؤكد د. الباز.
كانت هذه المراحل السابقة هي الإنجاز البحثي الذي أهل الفريق للحصول على تمويل الاتحاد الأوروبي للوحدة البحثية الاسترشادية لإنتاج الوقود الحيوي من الطحالب.
وتتكون هذه الوحدة من مفاعل ضوئي حيوي ومجفف شمسي، ومكان لفصل الزيت عن الطحالب، ويكون استخدامها هو المرحلة التالية للتجهيزات المعملية لسلالة الطحالب.
ويشرح الباز المكونات الثلاثة للوحدة قائلاً: «وظيفة المفاعل الضوئي الحيوي، الذي تبلغ تكلفته نحو 15 مليون جنيه مصري، هي أننا نستطيع من خلاله الارتفاع بمعدل تكاثر الخلايا لتعطي خلية كل ساعتين، ويحافظ على الظروف الجوية التي تسمح بنمو أفضل للطحالب، ويعمل 24 ساعة من دون توقف، بما يعني الحصول من خلاله على إنتاج دائم ومن دون توقف».
ويضيف: «تنقل الطحالب بعد النمو إلى المجفف الشمسي، والذي يتم من خلاله التجفيف، تمهيداً لنقل الطحالب المجففة إلى الجزء الثالث من الوحدة، والذي يتم فيه فصل الزيت من الطحالب المجففة باستخدام بعض المذيبات».
وتنتج هذه الوحدة الاسترشادية 4 آلاف لتر من الوقود الحيوي يوميا، بالإضافة إلى أن الطحالب المجففة يتم استخدامها بعد استخراج الزيت منها في تحضير بعض المواد الصيدلية التي تساهم في تخفيض معدلات السكر في الدم وعلاج الزهايمر وضبط وزن الجسم، كما تنتج كميات كبيرة من «البيتا كاروتين» كمضادات أكسدة، والتي تفيد كثيراً في الوقاية والحد من مرض السرطان، ويتم هذا الجانب المتعلق بالعقاقير بالتعاون بين باحثين من المركز القومي للبحوث، وكلية الصيدلة جامعة القاهرة.



لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني
TT

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

لأول مرة: الذكاء الاصطناعي يصمم توربين رياح لتوليد الطاقة بين المباني

صمم نظام ذكاء اصطناعي جديد توربين رياح لأول مرة في التاريخ، وفقاً لمطوره.

نظام ذكاء هندسي ثوري

وأعلنت شركة «EvoPhase» البريطانية أن الذكاء الاصطناعي الخاص بها تخلى عن جميع القواعد الراسخة في هندسة مثل هذه الأجهزة. وبناءً على اختباراتها، فإن اختراعها أكثر كفاءة بسبع مرات من التصميمات الحالية.

تتكون «شفرة برمنغهام» The Birmingham Blade -كما تسمي الشركة التوربين- من ست أذرع موازية للأرض متصلة بمحور عمودي مركزي. وتحتوي كل ذراع على شفرة رأسية، وسطح به موجتان تغيران زاوية هجومهما عبر ارتفاعها وطولها.

لعمل مع سرعات رياح منخفضة

يتم تحسين توربينات الرياح التقليدية لسرعات رياح تبلغ نحو 33 قدماً في الثانية. في المقابل، تم تصميم «الشفرة» لسرعات الرياح المتوسطة المنخفضة النموذجية للمناطق الحضرية مثل برمنغهام، والتي تبلغ نحو 12 قدماً في الثانية. هذا يزيد قليلاً عن ثمانية أميال (13كلم تقريباً) في الساعة.

وتم تحسين التصميم للعمل بين المباني الشاهقة التي تنتج أنماط اضطراب تؤثر على فاعلية تصميمات التوربينات الحضرية الأخرى. وإذا ثبت أن هذا صحيح، فقد يفتح التصميم الباب أمام إنتاج كهرباء غير محدود في المباني المكتبية والسكنية بتكلفة تكاد تكون معدومة.

يقول ليونارد نيكوسان، كبير مسؤولي التكنولوجيا في الشركة، في بيان صحافي: «كان استخدام الذكاء الاصطناعي ضرورياً للتحرر من التحيزات طويلة الأمد التي أثرت على تصميمات التوربينات خلال القرن الماضي. سمح لنا الذكاء الاصطناعي باستكشاف إمكانيات التصميم خارج نطاق التجارب البشرية التقليدية».

وفقاً لنيكوسان، تمكن المصممون من «توليد واختبار وتحسين أكثر من 2000 تصميم لتوربينات الرياح في غضون أسابيع قليلة، ما أدى إلى تسريع عملية التطوير لدينا بشكل كبير وتحقيق ما كان يستغرق سنوات وملايين الجنيهات من خلال الطرق التقليدية».

سحر «التصميم التطوري»

«التصميم التطوري الموجه بالذكاء الاصطناعي» هو منهجية تقوم على نفس فكرة الانتقاء الطبيعي. تبدأ العملية بتوليد آلاف المتغيرات التصميمية التي يتم تقييمها وفقاً لوظيفة «البقاء للأفضل»، والتي تحدد مدى نجاح كل متغير في تلبية أهداف المشروع. ويختار الذكاء الاصطناعي أفضل البدائل لاستخدامها أساساً لتكرارات جديدة، وإعادة الجمع بين الميزات وتنويعها لتطوير إصدارات محسنة.

تتكرر هذه الخطوات حتى يصل الذكاء الاصطناعي إلى حل يحقق تحسين جميع العلامات المهمة مثل الكفاءة الديناميكية الهوائية، والاستقرار الهيكلي، والوزن، أو الاكتناز.

تقول الشركة إن عمليتها تتجنب التحيزات البشرية الموجودة في الهندسة التقليدية. بطبيعتها، تكون الهندسة التقليدية محدودة بالأفكار والمعرفة السابقة.

من ناحية أخرى، يستكشف الذكاء الاصطناعي مجموعة واسعة من الاحتمالات دون القيود في العقل البشري. عندما تجمع بين جيل الذكاء الاصطناعي والتكرار التطوري، يمكن أن يؤدي هذا إلى نتائج مبتكرة تتحدى غالباً الفطرة السليمة ولكنها لا تزال تعمل.

إن نهج التصميم التطوري هذا ليس جديداً تماماً، إذ استخدمت صناعة الطيران والفضاء برامج بهذه القدرات لسنوات. ومثلاً استخدمت شركة «إيرباص»، بالتعاون مع شركة «أوتوديسك»، عملية مماثلة لتصميم حاجز مقصورة خفيف الوزن للغاية لطائراتها من طراز A320وظهرت النتيجة مستوحاة من هياكل العظام الطبيعية، ما أدى إلى انخفاض الوزن بنسبة 45 في المائة مقارنة بالهياكل المماثلة المصممة بالطرق التقليدية.

كما طبقت شركة «جنرال إلكتريك» الخوارزميات التطورية في إعادة تصميم حامل محرك نفاث جديد، مما أدى إلى انخفاض وزن القطعة بنسبة 80 في المائة. وتستخدم وكالة «ناسا» أيضاً هذه التقنية منذ سنوات، ففي عام 2006 استخدمت الوكالة خوارزمية تطورية لتصميم «هوائي متطور».

نجاح توربين «برمنغهام بليد»

لقد طبق فريق المصممين بقيادة الدكتور كيت ويندوز - يول من جامعة برمنغهام هذه العملية التطورية لحل مشكلة تكافح العديد من تصميمات التوربينات لمعالجتها: كيفية العمل بكفاءة في البيئات الحضرية، حيث تكون الرياح أبطأ وأكثر اضطراباً بسبب المباني.

ويقول نيكوسان: «كنا بحاجة إلى توربين يمكنه التقاط سرعات الرياح المنخفضة نسبياً في برمنغهام مع إدارة الاضطرابات الناجمة عن المباني المحيطة. وكان لا بد أن يكون التصميم أيضاً مضغوطاً وخفيف الوزن ليناسب التركيبات على الأسطح».

* مجلة «فاست كومباني» خدمات «تريبيون ميديا»