الدوحة - سيف الحموري - «توفير الطاقة الذكية والطاقة المستدامة: مبانٍ بتصميم مناخي حيوي « هو عنوان بحث علمي أجراه الأستاذ الدكتور إيغور كروبا الأستاذ والباحث أستاذ في مركز المواد المتقدمة (CAM) - جامعة قطر وأكد فيه أن الظروف المناخية القاسية في دولة قطر ترتبط بزيادة الطلب على الطاقة لأغراض تكييف الهواء، حيث تصل درجات الحرارة خلال فصل الصيف إلى 45 درجة مئوية، وفي فصل الشتاء إلى 5 درجات مئوية. وبوجه عام، تُشير التقديرات إلى أن استهلاك المباني للطاقة يصل إلى أكثر من 40% من استهلاك الطاقة العالمي.
وفي إطار رسالة مركز المواد المتقدمة المُتمثلة في تعزيز ودعم البحوث متعددة التخصصات حول علوم وهندسة المواد من خلال إجراء المشاريع البحثية التطبيقية، دعَت الحاجة إلى تصميم مبان تُراعي الظروف المناخية المحلية وتدعم استخدام الطاقة المتجددة والتي يُطلق عليها «المباني ذات التصميم البيومناخي (المناخي - الحيوي)». ولِما كانت «الشمس» هي مصدر الطاقة الأكثر شيوعًا الذي يمكن توظيفه لتلبية متطلبات الطاقة الكهربائية بالمباني، فإن الأبحاث المكثَّفة ارتكزت على سُبل تحسين المواد التي تمتص وتعكس الطاقة الحرارية النابعة من الشمس بشكل فعَّال؛ لضمان الاستقرار الحراري داخل المباني، وخفض استهلاك الطاقة الكهربائية. وعلى النقيض، ففي حالة زيادة الطاقة الشمسية وما ينتج عن ذلك من ارتفاع درجة حرارة المباني، فإن هذه المواد تُسهِم بفعالية في تبريد المباني. وفي كلتا الحالتين، يمكن أن تسهِم المواد المُصمَّمة ذات الخصائص المحددة في توفير الطاقة الكهربائية.
وأوضح الباحث أن هذا البحث يعالج آليات إعداد أنظمة تخزين الطاقة الحرارية المعتمدة على المواد متغيرة الطَّور (PCMs) وتوصيفها، وهي المواد التي يمكن أن تتحول ما بين الحالتين الصلبة والسائلة عند درجة حرارة محددة، أثناء امتصاص أو إطلاق كمية عالية من الطاقة الحرارية بما يتناسب مع المحتوى الحراري للذوبان. وتعتمد المواد متغيرة الطَّور البوليمرية على المواد البلاستيكية (خاصة البولي إيثيلين ومخلفات البولي إيثيلين)، وشمع البارافين والحشوات الموصِّلة للحرارة التي تُعزز التوصيل الحراري للمواد وتتحكم في معدل نقل الحرارة بالطريقة المنشودة.
وفي هذا الصدد، أُجري البحث حول أنظمة التخزين الحراري في مركز المواد المُتقدمة على مدار السنوات العشر المنقضية، ونُشرت نتائجه في مختلف المجلات العلمية وحصل على براءة اختراع.
وتجدر الإشارة إلى أن المواد صُنعت على شكل كُتل وكُتل رغوية، بحيث تم تحضير الأخيرة من خليط شمع البولي إيثيلين والبارافين وحَصُلت على براءة الاختراع تحت عنوان (العزل الحراري بالرغوة البلاستيكية المُعتمدة على رغوة البولي أوليفين، «US2018 / 0291166A1»).
جدير بالذكر أن المواد مُتغيرة الطَّور الرغوية تتميز بوظيفة مزدوجة، حيث تعمل كمواد قياسية ماصة للحرارة فضلاً عن كونها عازل حراري يضمن الحماية الحرارية للمباني بصورة أفضل ضد ارتفاع درجات الحرارة. ويوضح الشكل 1 مثالين على المواد متغيرة الطَّور البوليمرية في كلا التركيبين (الألواح السائبة والكُتل الرغوية).
وترتبط الصوبات (البيوت المحمية) الزراعية كأحد أنواع المباني ارتباطًا وثيقًا بمشاريع الاستثمار الزراعي الاستراتيجي لإنتاج الخضراوات في دولة قطر، وبالتالي فإن هناك حاجة مُلحة لتطوير مواد فعَّالة لامتصاص الطاقة الحرارية وإطلاقها بما يسهم في توفير الطاقة الشمسية السلبية عقب تركيبها في الصوبات الزراعية، وتجدر الإشارة إلى ضرورة إجراء ذلك لأغراض التبريد والتدفئة بفعالية في مواسم النمو المختلفة لتحسين الزراعة بصورة عملية في جميع المواسم.
وحاليًا، أُنجز مشروع تعاوني «NPRP13S-0127-200177» بين كل من مركز المواد المتقدمة (CAM)، واجريكو قطر (AGRICO)، وشركــة قطــر للبتروكيماويــات (قابكـــو)، بالتعاون مع شركاء من جامعة توماس باتا في جمهورية التشيك، بعنوان «الصوبات الزراعية وفقًا للمناخ القطري: توفير الطاقة الذكية والطاقة المستدامة المعتمدة على المواد متغيرة الطَّور (Green3SPCM)»، وذلك للمساهمة في توفير الطاقة لاسيما لأغراض التبريد، علمًا بأنه يُجرى في الوقت الحالي تطوير لأنظمة التخزين الحراري لتحسين الأداء التشغيلي. ويتمثل التحدي الرئيسي في إنتاج كميات كبيرة من الألواح الشمسية بوزن «بضعة أطنان».
ويتماشى هذا المشروع مع رسالة مركز المواد المتقدمة المُتمثلة في تعزيز ودعم البحوث متعددة التخصصات حول علوم وهندسة المواد من خلال إجراء المشاريع البحثية التطبيقية، وتوفير المعرفة والخبرة التي تُلبي احتياجات القطاع الصناعي والمجتمع، علاوة على أن المشروع يجمع بين علم المواد والتوصيف والطاقة والهندسة البيئية.
ويجري تنفيذ هذا المشروع بالتعاون مع شركة قابكو التي تُعد من أكبر المنتجين للبولي أوليفين في المنطقة، وتقدم المواد والخبرات لهذا المشروع تماشيًا مع استراتيجية الشركة للابتكار والاستدامة. كما يُجرى العمل بالتعاون مع اجريكو قطر، التي توفر صوبات زراعية حقيقية لتركيب المواد واختبارها.
