Table of Contents
الحل المبتكر لاستغلال الحرارة المهدرة من الصناعة
يعمل العلماء في وقتنا الراهن على إيجاد حلول مبتكرة يمكنها استغلال بعض الحرارة الفائضة التي تذهب سدى حاليًا وفي هذا يقول كيم كريستيانسن الباحث في الباحثون في NTNU والذي حصل على درجة الدكتوراه: “إن الحرارة الفائضة الناتجة عن العمليات الصناعية تمثل مورداً ضخماً”. وفقا لموقع المستقبل الأخضر.
الحالة النرويجية
يتم حاليًا إطلاق كل الحرارة الناتجة عن العمليات الصناعية تقريبًا مباشرة إلى الهواء أو المحيط، ونحن لا نتحدث عن كميات صغيرة، وفي النرويج وحدها، تنتج الصناعة حوالي 20 تيراواط/ساعة من الحرارة المهدرة كل عام.
قد لا يعني هذا الرقم الكثير بالنسبة لك، ولكن وفقًا لمديرية موارد المياه والطاقة النرويجية (NVE)، فإن هذه الكمية من الطاقة تعادل نصف استهلاك الكهرباء لجميع الأسر النرويجية مجتمعة، وبعبارة أخرى، ما يقرب من الطلب على التدفئة بالكامل.
كريستيانسن هو جزء من مجموعة أبحاث الديناميكا الحرارية في PoreLab في قسم الكيمياء، المشرف الأكاديمي Signe Kjelstrup ومدير المجموعة البحثية Øivind Wilhelmsen مؤلفان مشاركان للمقالة المنشورة الآن في مجلة Desalination .
محدودية مياه الشرب
وللتكنولوجيا أيضًا تأثير آخر قد لا يكون ذا أهمية في النرويج، ولكنه قد يغير قواعد اللعبة في البلدان التي تعاني من محدودية مياه الشرب.
يقول كريستيانسن: “لا تقوم هذه التكنولوجيا بإعادة تدوير الطاقة الحرارية المهدورة فحسب، بل يمكنها أيضًا تنقية مياه الصرف الصحي التي تنتجها الصناعة”.
في أجزاء كثيرة من العالم، أصبحت مياه الشرب موردًا نادرًا بشكل متزايد.
يقول كريستيانسن: “وفقًا لليونيسف، يعاني 4 مليارات شخص بالفعل من نقص حاد في مياه الشرب لمدة شهر واحد على الأقل في العام، وهناك طلب كبير على التكنولوجيا التي يمكنها مواجهة هذه التحديات”.
ولذلك فإن نقص مياه الشرب يمثل مشكلة لنحو نصف سكان العالم البالغ عددهم 8 مليارات نسمة.
تكنولوجيا جديدة لإنتاج مياه نظيفة
وحول التكنولوجيا الجديدة لإنتاج مياه نظيفة يقول كريستيانسن: “إن مياه الصرف الصحي التي تنتجها الصناعة غالبًا ما تكون ملوثة، وإذا قمنا بتبخير هذه المياه غير النقية من خلال مسام صغيرة في غشاء طارد للماء، فإن المياه المتكثفة التي تظهر على الجانب الآخر تكون صالحة للشرب”.
هذه الطريقة هي الأنسب لتنقية المياه بما يسمى بالشوائب غير المتطايرة، مثل الملح، وهذا على النقيض من الكحوليات وعدد من المواد العضوية الأخرى التي يمكن أن تتبخر مع الماء عبر الغشاء.
يقول كريستيانسن: “إن أهم مجال لتطبيق هذه التكنولوجيا هو تحلية مياه البحر، ولا يتم استبعاد معالجة المياه المعالجة، ولكنها تنطوي على تحديات إضافية تعتمد على محتواها”.
إذًا يمكن للتكنولوجيا إنتاج مياه صالحة للشرب، لكن ماذا عن استغلال الطاقة المهدورة؟ يقول كريستيانسن : عندما يتم تسخين الماء على جانب واحد من الغشاء، فإنه يتبخر ويطلق الحرارة على الجانب الآخر من خلال التكثيف، قد ينشأ بعد ذلك اختلاف في الضغط بين جانبي الغشاء.
بين البساطة والبراعة
يقول كريستيانسن عن بحث الدكتوراه: “لقد قمنا بدراسة التفاعلات بين الماء والمسام الموجودة في الغشاء، وما يحدث عندما يتبخر الماء، وينتقل عبر المسام، ويتكثف”.
لقد صمم نظريات حول خصائص الغشاء وتأثيره على العملية برمتها. كما قام أيضًا بقياس هذا التأثير بشكل منهجي في المختبر.
يقول كريستيانسن: “الخلاصة هي أن التكنولوجيا لديها إمكانات كبيرة، ومن خلال تعديل الأغشية، يمكننا المساعدة في مواجهة التحديات المتزايدة المرتبطة بمتطلبات كفاءة الطاقة ونقص مياه الشرب النظيفة”.
فكرة هولندية
كريستين سيفرود من معهد الأبحاث RISE PFI مهتمة بتحسين الأغشية المستخدمة في هذه التكنولوجيا.
قامت شركة TNO بتجربة المفهوم المسمى “MemPower” (الإنتاج المتزامن للمياه والطاقة) وتم تصنيع النموذج الأولي في منشآتها، أراد الباحثون التعاون ولكن لم يكن لديهم التمويل، كان الحل هو مواصلة المشروع كبحث مفتوح في NTNU.
وتوضح كييلستروب “تواصلت معي لين فان دير هام من جامعة دلفت وعرضت الفكرة على المجموعة التي كنت أعمل بها في قسم الكيمياء، ثم في PoreLab لاحقًا.”
حصل فان دير هام على درجة الدكتوراه في الكيمياء في NTNU قبل بضع سنوات، مما يوضح مدى أهمية أن يكون لديك اتصالات، لقد عملوا مع Luuk Keulen، وهو طالب في TU Delft، وواصل البحث كريستيانسن ومايكل راوتر من PoreLab .
التحديات العملية
يقول كريستيانسن: “تبدي الصناعة اهتمامًا بمفهوم التقطير الغشائي، لكن حتى الآن لا يوجد سوى عدد قليل من المصانع التجريبية في جميع أنحاء العالم”.
يقول كريستيانسن: “يتم تنفيذ الكثير من العمل على المستوى الدولي في كل من الأوساط الأكاديمية والصناعية لمواجهة هذه التحديات وتسويق التكنولوجيا”.
يتضمن مفهوم MemPower تحويل الحرارة المهدرة إلى طاقة ميكانيكية بناءً على الاختلافات في درجات الحرارة.
يقول كريستيانسن: “انطباعي هو أن الصناعة ليست على دراية كاملة بهذا المفهوم والفرصة التي يوفرها”.
أحد الاستنتاجات الواردة في المقالة الأخيرة هو أن إمكانية إنتاج الطاقة تنافسية مقارنة بعمليات الطاقة القائمة على الأغشية الأكثر رسوخًا، وهو يعتقد أن هذا يمكن أن يساعد في زيادة الاهتمام التجاري.
