أحدث الأخبار مع #الهيدروفلوروكربون
شبكة النبأ
منذ 5 أيام
- منوعات
- شبكة النبأ
ما هي المضخات الحرارية؟ وما أنواعها؟
مع تفاقم أزمات الطاقة في السنوات الأخيرة، أصبح من الضروري فهم ما هي المضخات الحرارية ودورها الحيوي في الحد من الاعتماد على مصادر الطاقة التقليدية، وعلى الرغم من أن هذه الأنظمة كانت موجودة منذ خمسينيات القرن الـ19؛ فإنها حازت اهتمامًا عالميًا مؤخرًا، خاصة بعد ارتفاع أسعار الطاقة نتيجة للغزو الروسي لأوكرانيا... مع تفاقم أزمات الطاقة في السنوات الأخيرة، أصبح من الضروري فهم ما هي المضخات الحرارية ودورها الحيوي في الحد من الاعتماد على مصادر الطاقة التقليدية، وعلى الرغم من أن هذه الأنظمة كانت موجودة منذ خمسينيات القرن الـ19؛ فإنها حازت اهتمامًا عالميًا مؤخرًا، خاصة بعد ارتفاع أسعار الطاقة نتيجة للغزو الروسي لأوكرانيا. بالإضافة إلى ذلك، تتزايد شعبيتها بسبب كفاءتها وفوائدها البيئية؛ إذ يمكنها تقليل استهلاك الطاقة مقارنة بالتقنيات التقليدية، إذًا ما هي المضخات الحرارية؟ وبحسب تعريفها من جانب منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن)؛ فالمضخات الحرارية عبارة عن أنظمة مبتكرة تعمل على امتصاص الحرارة من البيئة المحيطة -سواء من الهواء أو الأرض أو المياه- ونقلها إلى داخل المبنى لتوفير التدفئة في فصل الشتاء. أما في فصل الصيف؛ فتعكس العملية عبر امتصاص الحرارة من داخل المبنى وتوجيهها إلى الخارج لتوفير التبريد. ما هي المضخات الحرارية؟ وماذا تعرف عن أنواعها؟ لمزيد من التوضيح حول ما هي المضخات الحرارية، من الضروري معرفة كيفية عملها وأنواعها. فالمضخات الحرارية تعتمد على تقنية أجهزة التكييف نفسها في تبريد الهواء باستعمال سائل التبريد، لكن الفارق الرئيس يكمن في وجود صمام عكسي، يسمح لها -أيضًا- بتوفير التدفئة. ففي وضع التدفئة، تقوم المضخة بتدفئة المنزل عبر سائل التبريد بدلًا من تبريده. وهناك العديد من الأنواع المختلفة للمضخات الحرارية: المضخات الحرارية الهوائية هي أكثر المضخات الحرارية شيوعًا، وتعتمد على الطاقة الحرارية من الهواء الخارجي لتوفير التدفئة، إلى جانب تسخين المياه. وهناك نوعان رئيسان من المضخات الحرارية الهوائية: المضخات الحرارية الهوائية من الهواء إلى الماء: تستعمل الهواء الخارجي لتحويله إلى طاقة حرارية، ثم نقلها إلى الماء لتوفير التدفئة والتبريد للمنازل، إلى جانب توفير المياه الساخنة. المضخات الحرارية الهوائية من الهواء إلى الهواء: تنقل الحرارة من الهواء الخارجي إلى الهواء داخل المنزل، وتقتصر على التدفئة والتبريد فقط دون توفير المياه الساخنة. المضخات الحرارية الأرضية تعتمد على الأرض كونها مصدرًا للحرارة من خلال أنابيب مدفونة رأسيًا أو أفقيًا بالقرب من المباني. رغم الحاجة إلى مساحة كبيرة للتركيب؛ فإن هذه الأنظمة تتميّز بكفاءة عالية بفضل ثبات درجات حرارة الأرض، لكنها تُعَد خيارًا مكلفًا بسبب صعوبة عمليات الحفر وتركيب الأنابيب تحت الأرض. المضخات الحرارية المائية تعتمد المضخات الحرارية المائية على استخراج الحرارة من مصادر مائية خارجية، مثل البحيرات والأنهار أو المياه الجوفية، مستفيدةً من قدرة المياه على تخزين حرارة الشمس واحتفاظها بدرجات حرارة ثابتة. المضخات الحرارية الهجينة تعمل المضخات الحرارية الهجينة بالتكامل مع الأنظمة الأخرى، مثل غلايات الغاز، لتحسين الكفاءة والأداء، والتعديل تلقائيًا بناءً على الظروف المحيطة. أصبح البروبان خيارًا واعدًا في قطاع التدفئة والتبريد؛ بفضل أدائه المماثل لأنظمة الهيدروفلوروكربون التقليدية. ونتيجة لذلك؛ بدأت الشركات المصنعة للمضخات الحرارية في التركيز على تطوير أنظمة تعتمد على البروبان؛ استجابةً للطلب المتزايد على حلول أكثر استدامة وكفاءة. بعد معرفة ما هي المضخات الحرارية وأنواعها، تُسلِّط منصة الطاقة المتخصصة على دورها في مساعدة الدول على الحد من الاعتماد على الوقود الأحفوري، وتحديدًا في أوروبا. ففي أعقاب الغزو الروسي لأوكرانيا، سارعت دول الاتحاد الأوروبي لتقليل اعتمادها على واردات الغاز الروسي. وأطلقت المفوضية الأوروبية خطة "ريباور إي يو" تهدف إلى تقليص استهلاك الغاز الروسي، فضلًا عن تسريع نشر الطاقة المتجددة وتعزيز واردات الغاز المسال. بالإضافة إلى ذلك، شملت الخطة التوسع في تركيب المضخات الحرارية، ولا سيما أنها تعتمد على الكهرباء بدلًا من الغاز. وسرعان ما اكتسبت المضخات الحرارية في أوروبا زخمًا، وأعلنت الكتلة أنها تستهدف تركيب 10 ملايين وحدة إضافية بحلول عام 2027، بعد تركيب 3 ملايين وحدة عام 2022 وحده.
البيان
١٨-٠٤-٢٠٢٥
- علوم
- البيان
ثورة وشيكة في عالم التبريد.. تقنية مبتكرة تعيد رسم مستقبل أنظمة التكييف
في خطوة طموحة لمواجهة تغيّر المناخ، يقود علماء من سلوفينيا جهوداً رائدة لتطوير تقنية تبريد ثورية تستبدل المبردات التقليدية السامة بمعادن قابلة لإعادة التدوير، في تحول يُتوقع أن يعيد رسم مستقبل أنظمة التكييف حول العالم. فمع استمرار ارتفاع درجات الحرارة العالمية، تتزايد الحاجة إلى حلول تبريد فعّالة وصديقة للبيئة، في ظل عدم استدامة الأنظمة التقليدية، غير أن فريقًا من الباحثين السلوفينيين يتصدر الآن مشهد الابتكار في هذا المجال، بمقاربة قد تُحدث نقلة نوعية في تقنيات التحكم بدرجات الحرارة، وفقا لموقع sustainability-times. يعتمد هذا النهج الجديد على استغلال الخواص الفريدة لمعادن يمكن إعادة تدويرها إلى الأبد، لتقديم نظام تبريد أكثر كفاءة وأمانًا، وبأثر بيئي محدود مقارنة بالتقنيات الحالية. ويحذر الباحث "ياكا توشيك" من التأثيرات البيئية الهائلة للمبردات التقليدية، مشيرًا إلى أن كيلوغرامًا واحدًا من بعضها يعادل في ضرره البيئي قيادة سيارة لمسافة 30,000 كيلومتر. وعلى الرغم من اعتبار مركبات الهيدروفلوروكربون (HFCs) بدائل "أنظف" في الماضي، إلا أن استخدامها يُلغى تدريجيًا نظرًا لقدرتها العالية على التسبب في الاحتباس الحراري. أما البدائل الطبيعية كالأمونيا والآيزوبوتان، فرغم فعاليتها المحدودة في الأجواء الحارة، لا تخلو من مخاطر، ما يجعلها خيارات غير مثالية في ظل تفاقم أزمة المناخ. ضمن هذا السياق، يضع الاتحاد الأوروبي تطوير تقنيات تبريد مستدامة ضمن أولوياته في إطار استراتيجيته للتدفئة والتبريد، وهي ركيزة أساسية في الصفقة الخضراء الأوروبية. ويقود مشروع E-CO-HEAT، الممتد حتى عام 2026، هذه الجهود، سعيًا لتحسين كفاءة واستدامة أنظمة التبريد في وقت يستحوذ فيه هذا القطاع على نحو 10% من إجمالي استهلاك الكهرباء عالميًا. نيتينول: سبيكة المعادن التي قد تغيّر كل شيء جوهر هذه التقنية يكمن في سبيكة النيكل-تيتانيوم، المعروفة باسم "نيتينول"، والتي تختلف جوهريًا عن أنظمة التبريد التقليدية القائمة على تبخر السوائل. فهذه السبيكة تحتفظ بحالتها الصلبة أثناء التحولات الطورية، مما يتيح ما يعرف بـ"التبريد الإيلاستوكالوري" — وهو تبريد ناتج عن إزالة الضغط الميكانيكي، بعد تسخين ناتج عن تطبيقه. لا تساهم هذه التقنية في خفض الأثر البيئي فحسب، بل تتمتع أيضًا بدرجة أمان عالية، نظراً لعدم استخدامها مواد سامة أو قابلة للاشتعال. وعلى الرغم من أن النماذج الأولية لا تزال في مراحلها التجريبية، وتعمل بكفاءة لا تتجاوز 15% من إمكاناتها، يرى العلماء آفاقًا واعدة لتحسين الأداء، خصوصًا أن أنظمة الضغط البخاري التقليدية نادرًا ما تتجاوز كفاءة 30%. ويتعاون فريق توشيك حاليًا مع شركاء من أيرلندا وألمانيا وإيطاليا ضمن مشروع SMACool، لتطوير نموذج أكثر تطورًا يمكنه مستقبلاً أن يحل محل الأنظمة القائمة. إدخال هذه التقنية إلى الأسواق يتطلب تخطيطًا استراتيجيًا وتعاونًا وثيقًا مع القطاع الصناعي. ويعمل الباحثون حاليًا على تسجيل براءة اختراع للتقنية، كما يطورون استراتيجيات لدمجها صناعيًا بالتعاون مع جامعات وشركات تكنولوجيا أوروبية، جميعها تتشارك الهدف ذاته: تعزيز حلول التبريد المستدامة. أحد أبرز التحديات يتمثل في تجاوز الاعتماد العميق على البنية التحتية التقليدية، غير أن تزايد الوعي بالمكاسب البيئية والاقتصادية المتوقعة يجعل تبني هذه التقنية خيارًا مرجحًا في المستقبل القريب. ويهدف مشروع E-CO-HEAT إلى تسهيل هذا الانتقال من خلال إثبات الجدوى العملية والاقتصادية للأنظمة المعدنية، تمهيدًا لاعتمادها على نطاق أوسع. مع تزايد الطلب العالمي على التبريد، مدفوعًا بارتفاع درجات الحرارة والنمو السكاني والاقتصادي، تصبح الحاجة إلى بدائل مستدامة أكثر إلحاحًا من أي وقت مضى. ويمثل العمل الرائد لفريق توشيك خطوة واعدة على طريق تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة وتخفيف الضغط البيئي. لكن نجاح هذه التقنية في فرض نفسها على الواقع مرهون باستمرار جهود البحث والتطوير، إلى جانب توفر إرادة سياسية ودعم من قادة الصناعة والمستهلكين على حد سواء لتبني الخيارات الأكثر استدامة.
الجزيرة
١٣-٠٤-٢٠٢٥
- علوم
- الجزيرة
ما غازات الدفيئة؟ وكيف تغير المناخ على الكوكب؟
يبلغ متوسط درجة الحرارة العالمية الآن أكثر من 1.1 درجة مئوية فوق متوسط مرحلة ما قبل الصناعة، ويعود ذلك بالأساس إلى الانبعاثات الناتجة عن الأنشطة البشرية التي تعرف بغازات الدفيئة التي يترسب معظمها بالغلاف الجوي. و غازات الدفيئة (GHGs) هي الغازات التي لها خاصية امتصاص الأشعة تحت الحمراء، أي أنها تمتص الطاقة الحرارية الكلية، حيث إن هذه الأشعة تنبعث من سطح الأرض ثم يتم إعادتها مرة أخرى إلى السطح، وهو ما يؤدي إلى ظاهرة الاحتباس الحراري. وهناك نوعان من تأثيرات غازات الدفيئة، الطبيعية منها والمعدلة (الناجمة عن النشاط البشري). ويحدث تأثير الدفيئة الطبيعي بسبب الكميات الطبيعية من غازات الدفيئة وهو ضروري للحياة على هذا الكوكب. وحسب تقرير للمنظمة العالمية للأرصاد الجوية، سيكون سطح الأرض في غياب تأثير الدفيئة الطبيعي أبرد بحوالي 33 درجة مئوية. أما تأثير الدفيئة المُعدل فيشير إلى القوة الإشعاعية الإضافية الناتجة عن زيادة تركيزات غازات الدفيئة الناتجة عن الأنشطة البشرية. وغازات الدفيئة الرئيسية ذات التركيزات الجوية المتزايدة هي ثاني أكسيد الكربون (CO₂) والميثان (CH₄) وأكسيد النيتروز (N₂O) ومركبات الهيدروكلوروفلوروكربون (HCFCs). وتعد مركبات الهيدروفلوروكربون مجموعة من الغازات الاصطناعية التي تُستخدم بشكل رئيسي في التبريد، وتعد العديد من مركبات الهيدروفلوروكربون ملوثات مناخية قوية جدا وقصيرة العمر، حيث يبلغ متوسط عمرها في الغلاف الجوي 15 عاما. ورغم أن مركبات الهيدروفلوروكربون تمثل حاليا حوالي 2% من إجمالي الغازات المسببة للاحترار العالمي، فإن تأثيرها على ظاهرة الاحتباس الحراري يمكن أن يكون أكبر بمئات إلى آلاف المرات من تأثير ثاني أكسيد الكربون لكل وحدة كتلة. وبسبب العمر الطويل لغازات الدفيئة الرئيسية، فإنها تتراكم في الغلاف الجوي. وتؤدي الانبعاثات الناتجة عن الأنشطة البشرية إلى تأثير الدفيئة المُعدل وتسبب التغيرات المناخية التي باتت ملحوظة على الكوكب. وزادت انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري غير ثاني أكسيد الكربون والغازات الفلورية بشكل كبير منذ عام 1850، في حين شهدت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية من جميع القطاعات زيادة ملحوظة منذ عام 1850. وفي الفترة من 1990 إلى 2023، زادت التأثيرات الحرارية لغازات الدفيئة طويلة الأمد بنسبة 51.5%؛ وكان 81% من هذه التأثيرات بسبب ثاني أكسيد الكربون. ثمن الرفاهية الباهظ ترجع معظم الزيادة في انبعاثات غازات الدفيئة، وخصوصا ثاني أكسيد الكربون إلى زيادة استهلاك الوقود الأحفوري والانبعاثات الصناعية. وتُعدّ الزراعة وإزالة الغابات والتغيرات الأخرى في استخدام الأراضي ثاني أكبر العوامل المساهمة في ذلك. يؤدي هذا التغيير في التركيب الكيميائي للغلاف الجوي إلى تغييرات في أنماط الطقس واختلالات طبيعية، مما يشكل مخاطر هائلة على البشر وجميع أشكال الحياة على الأرض. وحسب نشرة غازات الاحتباس الحراري الصادرة عن المنظمة العالمية للأرصاد الجوية (دبليو إم أو) الصادر في عام 2024، وصلت المستويات الجوية لغازات الاحتباس الحراري الرئيسية الثلاثة، ثاني أكسيد الكربون والميثان وأكسيد النيتروز، إلى مستويات قياسية جديدة في عام 2023. وحسب برنامج المراقبة العالمية للغلاف الجوي (جي أي دبليو) وصل تراكم ثاني أكسيد الكربون الجوي في عام 2023 إلى 151% من مستواه قبل الصناعة، ويرجع ذلك أساسا إلى الانبعاثات الناتجة عن احتراق الوقود الأحفوري وإنتاج الأسمنت. ويبقى ما يقرب من نصف ثاني أكسيد الكربون المنبعث من النشاط البشري في الغلاف الجوي، بينما تمتص اليابسة (الغابات والغطاء الشجري) والمحيطات النصف الآخر، التي تعمل كمصارف للكربون والغازات الدفيئة، لكن التوازن يتغير بين المصادر والمصارف سنويا بسبب التقلبات الطبيعية. ومنذ عام 2014 إلى عام 2023، بقي 48% من الانبعاثات الناجمة عن الأنشطة البشرية في الغلاف الجوي، بينما امتصت المحيطات والمصارف الأرضية 26% و30% على التوالي. ومع زيادة انبعاثات غازات الدفيئة، قد تصبح النظم البيئية البرية والمحيطات أقل فعالية في امتصاص ثاني أكسيد الكربون والعمل كحاجز ضد ارتفاع درجات الحرارة، مما قد يؤدي إلى مزيد من الاحترار في الغلاف الجوي للأرض. يُمثل الميثان حوالي 16% من التأثير الحراري لغازات الاحتباس الحراري طويلة العمر، ويبقى في الغلاف الجوي لحوالي عقد من الزمان. ويأتي 40% من الميثان في الغلاف الجوي من مصادر طبيعية، مثل الأراضي الرطبة، بينما تُمثل الأنشطة البشرية، مثل زراعة الأرز، والمجترات، واستغلال الوقود الأحفوري، ومكبات النفايات، وحرق الكتلة الحيوية، نسبة 60% المتبقية. ويعد أكسيد النيتروز غازا دفيئا قويا ومادة كيميائية مستنفدة للأوزون. وهو يُمثل حوالي 7% من الاحتباس الحراري الناتج عن غازات الاحتباس الحراري طويلة العمر. وتُمثل المصادر البشرية، مثل استخدام الأسمدة وحرق الكتلة الحيوية، حوالي 40% من انبعاثات أكسيد النيتروز.
الجزيرة
١١-٠٣-٢٠٢٥
- علوم
- الجزيرة
ما الغازات المسببة للاحتباس الحراري؟
يعرف الاحتباس الحراري بأنه ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض بشكل عام على المدى الطويل بسبب ارتفاع مستوى الغازات التي تسمى بـ"الغازات الدفيئة" التي تحبس بعض الحرارة المنبعثة من سطح الأرض، فما غازات الدفيئة وكيف تتشكل؟ وتأتي التسمية استنادا لما يحصل في الدفيئة، حيث يمر ضوء الشمس عبر السقف والجدران الشفافة، فيمتصه ما بداخل الدفيئة، ثم يُعاد إطلاقه على شكل حرارة. ولكن طاقة الحرارة هذه لها أطوال موجية أطول من أشعة الشمس، لذا لا يمكنها الهروب عبر السقف والجدران، ولهذا السبب ترتفع درجة حرارة الجزء الداخلي من الدفيئة عندما تضربه أشعة الشمس. وفي الغلاف الجوي للأرض، تعمل الغازات الدفيئة بشكل مختلف قليلا، ولكن التأثير هو نفسه، إذ تمتص الطاقة عند أطوال موجية معينة تتوافق مع أطوال موجية طاقة الحرارة المنبعثة من الأرض، ثم تعيد جزيئات الغاز إشعاع طاقة الحرارة هذه، وبينما يتجه بعضها إلى الفضاء، فإن الكثير منها يظل في الغلاف الجوي، مما يسهم في ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي. ويعد ثاني أكسيد الكربون غاز الدفيئة الرئيسي، يليه غاز الميثان ثم أكسيد النيتروز، كما توجد مجموعة أخرى من الغازات التي تتمتع بقدرة عالية على حبس الحرارة، ولكنها تأتي بتركيزات صغيرة للغاية، بما في ذلك مركبات الهيدروفلوروكربون. ثاني أكسيد الكربون يعد ثاني أكسيد الكربون (CO2) غاز الدفيئة الرئيسي المتسبب في ظاهرة الاحتباس الحراري، وقد تضاعفت انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، بشكل أساسي من إنتاج وحرق الوقود الأحفوري والإسمنت. ومن إجمالي الانبعاثات الناجمة عن الأنشطة البشرية خلال الفترة 2011-2020، تراكم حوالي 48% من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، و26% في المحيط و29% على اليابسة. يؤكد العلماء أن الميثان (CH₄) هو ثاني أكبر غاز مساهم في تغير المناخ، ويتكون من مزيج متنوع من المصادر المتداخلة بما فيها مصادر حيوية المنشأ، لذلك من الصعب تحديد الانبعاثات حسب نوع المصدر. والميثان له تأثير احتراري أقوى بـ86 مرة من ثاني أكسيد الكربون لكل وحدة كتلة خلال فترة 20 عاما، ويبقى الميثان في الغلاف الجوي حوالي 12 عاما قبل أن يتحلل. وتأتي انبعاثات الميثان الرئيسية من الزراعة بنسبة 40%، بما في ذلك تربية الماشية، والسماد الحيواني، وإنتاج الأرز، وتأتي أيضا من الوقود الأحفوري بنسبة 35%، من خلال إنتاج الغاز الطبيعي وأنظمة إنتاج النفط وتوزيعه، ومناجم الفحم. وتشكل النفايات نسبة 20% من انبعاثات الميثان، بما فيها الطعام والمواد العضوية الأخرى المتروكة في القمامة والمكبات المكشوفة ومياه الصرف الصحي. وسجلت انبعاثات الميثان زيادة كبيرة في السنوات الأخيرة وما زال العلماء لا يعرفون أسبابها، لكن بعض الأبحاث تشير إلى أن كمية كبيرة من هذا الميثان تأتي من مصادر حيوية مثل الأراضي الرطبة وحقول الأرز. وكذلك مما تعرف بـ "التغذية المرتدة للمناخ"، إذ كلما ازدادت درجة الحرارة تتحلل المواد العضوية بشكل أسرع في الأراضي الرطبة الاستوائية ما يؤدي إلى زيادة الانبعاثات. أكسيد النيتروز ويعرف أيضا بأكسيد النيتروجين الثنائي أو أحادي أكسيد ثنائي النيتروجين، (N2O)، وينبعث أكسيد النيتروز في الغلاف الجوي من كل من المصادر الطبيعية بنسبة 57% والمصادر البشرية بنحو 43%، بما في ذلك المحيطات والتربة وحرق الكتلة الحيوية واستخدام الأسمدة والعمليات الصناعية المختلفة. ويعد بخار الماء أيضا من الغازات المسببة للاحتباس الحراري العالمي. وعلى النقيض من الغازات الأخرى المذكورة، فإنه يتحول من غاز إلى سائل أو العكس، اعتمادا على درجة حرارة الغلاف الجوي. ومع ارتفاع درجة حرارة الغلاف الجوي يزداد تركيز بخار الماء، الأمر الذي يؤدي إلى تضخيم ظاهرة الاحتباس الحراري.
