تقنية

ثورة في عالم التبريد.. تطوير جهاز صديق للبيئة وموفر للطاقة

تخيل عالماً لم يعد فيه التبريد مساهماً رئيسياً في تغير المناخ. الآن أصبحت هذه الرؤية أقرب إلى الواقع، وذلك بفضل الابتكار الرائد الذي قدمه الباحثون في جامعة هونغ كونغ للعلوم والتكنولوجيا (HKUST)، حيث قام فريق من الباحثين بتطوير جهاز تبريد ثوري صديق للبيئة يتميز بأداء تبريد قياسي.

محتويات المقال :

تاريخ موجز لتقنية التبريد

لقد كان البحث عن التبريد مسعى عبر قرون من الزمن. فمن استخدام الحضارات القديمة الملابس المبللة للتبريد إلى تطوير أنظمة التبريد الحديثة، تميزت الرحلة بمعالم هامة.
ففي أوائل القرن التاسع عشر، ظهر مفهوم التبريد بضغط البخار، مما أدي إلى حدوث ثورة في طريقة التبريد. وتعتمد هذه التكنولوجيا، التي لا تزال مستخدمة حتى اليوم، على مواد تبريد ذات قدرة عالية. لكن ومع تزايد المخاوف بشأن أزمة المناخ، أصبحت الحاجة ملحة إلى بديل أكثر صداقة للبيئة.
في الثمانينيات، اكتشف العلماء التأثير الحراري المرن، حيث يمكن لبعض المواد، مثل سبائك ذاكرة الشكل (SMAs)، إطلاق الحرارة أثناء تغيير شكلها. وأثارت هذه الخاصية البحث في مجال التبريد ذو السعرات الحرارية الصلبة. الذي يمكن أن يكون أكثر كفاءة في استخدام الطاقة وصديقًا للبيئة.
وشهدت العقود القليلة الماضية تطورات كبيرة في هذا المجال. حيث قام الباحثون باستكشاف العديد من سبائك ذاكرة الشكل SMAs والبنيات لتعزيز أداء التبريد. وعلى الرغم من هذه الجهود، ظل ارتفاع درجات الحرارة، وهو مؤشر حاسم لكفاءة جهاز التبريد، يمثل تحديًا كبيرًا.

التبريد الصديق للبيئة يحتل مركز الصدارة

لعقود من الزمن، ظل العلماء يبحثون عن بديل للتبريد التقليدي بضغط البخار، والذي يعتمد على المبردات التي تساهم في تفاقم ظاهرة الاحتباس الحراري. إلى أن جاء هذا الإنجاز مع اكتشاف التبريد الحراري المرن. وهي تقنية ثورية تستغل قوة سبائك ذاكرة الشكل (SMAs) كحل صديق للبيئة وموفر للطاقة.

حقق الباحثون في جامعة هونج كونج للعلوم والتكنولوجيا إنجازًا رائدًا من خلال تطوير جهاز تبريد متعدد المواد ومرن. ولوضع هذا في منظوره الصحيح، تخيل سلمًا بثلاث درجات، كل منهما مصنوع من سبيكة ذاكرة ذات شكل مختلف (SMA). تتمتع كل سبيكة بنطاق فريد من درجات الحرارة يمكنها من خلاله نقل الحرارة بكفاءة. ومن خلال مطابقة درجات حرارة العمل لكل وحدة مع درجة حرارة انتقال الطور المقابل لها، تم توسيع نافذة درجة الحرارة فائقة المرونة للجهاز إلى درجة غير مسبوقة حيث بلغت 100 كلفن.
وتتمتع سبائك ذاكرة الشكل SMAs، المعروفة أيضًا باسم “المعادن الذكية”، بقدرة فريدة على تغيير شكلها استجابةً للتغير في درجات الحرارة. فعندما يتم تبريد الننتولSMA، فإنه يمتص الحرارة ويتوسع، وعندما يتم تسخينه، فإنها يطلق الحرارة وينكمش. وتسمح هذه الخاصية للـ SMAs بنقل الحرارة من مصدر منخفض الحرارة إلى حوض ذات درجة حرارة عالية، مما يجعلها مادة مثالية للتبريد.
يكمن جمال التبريد المرن في بساطته واستدامته. على عكس أنظمة التبريد التقليدية، التي تستخدم مواد تبريد ذات قدرة عالية على إطلاق غازات الاحتباس الحراري، لذا فإن التبريد المرن خالٍ من غازات الدفيئة وقابل لإعادة التدوير بنسبة 100٪. إضافة إلى ذلك، فإن سبائك ذاكرة الشكل SMAs تتطلب طاقة أقل للعمل، مما يجعلها خيارًا أكثر كفاءة.

تسخير قوة التكنولوجيا المرنة

تؤدي أنظمة التبريد التقليدية إلى إجهاد إمدادات الطاقة العالمية، وبالتالي ارتفاع تكاليف الكهرباء وإدامة نقص الطاقة. لكن ومع إمكانية تقليل استهلاك الطاقة العالمي بهامش كبير والإعتماد على أجهزة التبريد الصديقة للبيئة، فمن المتوقع أن يكون للتبريد المرن تأثير كبير على حياتنا اليومية. على سبيل المثال، لننظر إلى الأسرة المتوسطة، حيث يمثل التبريد جزءًا كبيرًا من فاتورة الكهرباء. في حين يمكن للتكنولوجيا المرنة أن تقلل من هذا العبء، مما يوفر أموال العائلات مع تقليل البصمة الكربونية.
علاوة على ذلك، فإن مزايا التبريد المرن تمتد إلى ما هو أبعد من نطاق الأسرة. ففي القطاع الصناعي، يعد التبريد عنصرًا هامًا في عمليات التصنيع، ومن خلال هذه التكنولوجيا يمكن توفير كميات كبيرة من الطاقة وبالتالي خلق أسعار أكثر تنافسية، مما يعود بالنفع على المستهلكين في جميع أنحاء العالم.
بينما يتصارع العالم مع تحديات تغير المناخ، لا يمكن المبالغة في أهمية التقنيات الصديقة للبيئة كالتبريد المرن.ومع استمرار الباحثين في تحسين هذه التكنولوجيا ، يمكننا أن نتطلع إلى مستقبل أكثر برودة وأكثر استدامة.