أبحاث سعودية لابتكار نظام جديد لتكييف الهواء بطاقة أقل

تجربة من علماء «كاوست» لتبريد المنازل من دون رفع حرارة الكوكب

تُجري «جامعة الملك عبد الله للعلوم والتقنية (كاوست)» تجارب استطلاعية في المنازل الواقعة داخل الحرم الجامعي؛ لابتكار نظام جديد لتكييف الهواء يستهلك طاقة أقل بكثير من أنظمة تكييف الهواء الحالية. وتهدف هذه التجارب إلى اختبار كفاءة النظام تحت ظروف الطقس في المملكة العربية السعودية.
في الوقت الراهن، لا تحقّق أنظمة تكييف الهواء المستخدَمة سوى ما يتراوح بين 35 و40 في المائة من إجمالي التبريد الممكن في مقابل ما تستهلكه من كهرباء. ففضلاً عن وظيفتها الأساسية المتمثّلة في تبريد الهواء، فإن هذه الأنظمة تزيل الرطوبة من الهواء من خلال خَفْض درجة حرارته إلى المستوى الذي يتكثّف عنده الماء العالق به، ولكن هذه الخطوة المزدوجة تتسبب في إهدار كمية كبيرة من الطاقة.
والآن؛ ابتكر فريقٌ يرأسه البروفيسور كيم تشون نج، الأستاذ في علوم وهندسة البيئة في «كاوست»، طريقة لخفض كمية الطاقة التي تستهلكها هذه الأجهزة، عن طريق الفصل بين هاتين العمليتين، فبدلاً من إزالة الرطوبة عن الهواء بتبريده، يستعين النظام بعملية أكثر فاعلية تُدعَى «الامتزاز (adsorption)»، وفي هذه العملية يُجمع الماء العالق في الهواء على سطح مادّة نانويّة صُممت خصيصاً لهذا الغرض. وهذه المادّة مصنوعة من ملح كلوريد الكالسيوم، وهي مدمجة داخل شبكة من هلام السيليكا، ويمكنها أن تمتصّ كمية من الماء تصل إلى 20 ضعفاً مما يمتصّه هلام السيليكا العادي؛ وفقاً لوزنها.
وفي الوقت الحالي، يقوم نج باختبار نماذج أوليّة للجهاز، بينما توضح النتائج التي توصل إليها حتى الآن أن توفير الطاقة في هذا الجهاز يفوق مكيّفات الهواء التقليدية بنسبة تتراوح بين 30 و60 في المائة. وتعليقاً على ذلك، يقول: «يُعَدّ هذا النوع الجديد من مكيّفات الهواء خطوةً طال انتظارها على طريق تخفيف الآثار الضارة لنظم التبريد التقليدية على التغيّر المناخي».
وفقاً للنظام الجديد، تُغلف لفائف أسلاك التبريد بمادّة ماصّة للماء داخل مكثّف البخار الآلي، الذي يتولّى بدوره تبريد الهواء، بعد إزالة المادّة الماصّة الرطوبة عنه، مثلما يفعل مكيّف الهواء التقليدي. ولكنّ اتجاه تدفق الهواء داخل الجهاز ينعكس باستمرار ليعيد - بشكل دائري - تشغيل المادّة الماصّة المشبَّعة.
يذكر أن الاستهلاك العالمي للكهرباء المستخدَمة في تشغيل مكيّفات الهواء، التي تُنتَج في المقام الأول من حرق الوقود الأحفوري، قد ارتفع من 600 تيراواط/ ساعة خلال عام 1990 إلى 2200 تيراواط/ ساعة خلال عام 2020. وبناءً على أنماط الاستخدام الحالية، فمن المتوقع أن يصل الاستهلاك العالمي إلى 6300 تيراواط/ ساعة بحلول عام 2050. عندئذ؛ سوف يصبح نصف إجمالي الكهرباء التي تستخدمها أشد دول العالم حَرّاً، ومن بينها المملكة العربية السعودية، مُسَخَّراً لتشغيل المكيفات وحدها.