ابتكار عالمي بجامعة رأس الخيمة يمهد الطريقَ للمدن الخضراء

قدم باحث في الجامعة الأمريكية في رأس الخيمة نظامًا رائدًا يعمل بالطاقة الشمسية يمكنه توليد الكهرباء والهيدروجين الأخضر والمياه العذبة في وقت واحد.

كشف الدكتور أوداي كومار نوتاكي، الأستاذ المشارك في الهندسة الكيميائية بالجامعة الأمريكية في رأس الخيمة (AURAK)، عن حل الطاقة المتكامل المبتكر كجزء من مشروع بحثي مشترك أجراه فريق دولي مكون من 7 باحثين من 9 جامعات.

تقدم الدراسة، التي نُشرت في مجلة السلامة البيئية وحماية العمليات المعترف بها دوليًا، نظامًا متعدد الأجيال مصممًا للاستفادة بشكل أفضل من الطاقة الشمسية مع تقليل الهدر الذي يُرى عادةً في أنظمة الطاقة التقليدية.

ابق على اطلاع بأحدث الأخبار. تابع KT على قنوات واتساب.

نظام واحد، ثلاثة موارد أساسية

في صميم هذا الابتكار تكمن الطاقة الشمسية المركزة (CSP). فبدلاً من استخدام الطاقة الشمسية لتوليد الكهرباء فقط، يلتقط النظام ويعيد استخدام الحرارة التي عادة ما تُفقد.

يركز التصميم على دورة برايتون التي تعمل ببرج شمسي، مدعومة بدورتين إضافيتين للطاقة السفلية: دورة رانكين البخارية ودورة رانكين العضوية. ثم تُستخدم الطاقة الحرارية المستعادة لتشغيل وحدة تحلية المياه بالتناضح العكسي لإنتاج المياه العذبة ومحلل كهربائي بغشاء تبادل البروتون (PEM) لإنتاج الهيدروجين الأخضر.

ببساطة، يتيح النظام إعدادًا واحدًا يعمل بالطاقة الشمسية لتوفير الطاقة النظيفة ومياه الشرب ووقود الهيدروجين في وقت واحد ضمن هيكل مدمج.

من خلال تدفقات الطاقة المتتالية واستعادة الحرارة المهدرة، يزيد النموذج الكفاءة الكلية ويقلل بشكل كبير من فقدان الطاقة.

أداء قوي في ظل الظروف الحقيقية

في ظل ظروف التشغيل المختبرة، أظهر النظام نتائج واعدة. فقد سلم حوالي 2.05 ميجاوات إلى الشبكة، وأنتج حوالي 125.3 كيلوجرامًا في الثانية من المياه العذبة، وولد 15.52 كيلوجرامًا في الساعة من الهيدروجين الأخضر.

بلغت كفاءة الطاقة الإجمالية 19.52 بالمائة، وهو مؤشر قوي على الجدوى الفنية للنشر الحضري في العالم الحقيقي.

الأهم من ذلك، تم تقييم النظام أيضًا في ظل ظروف تشغيل موسمية وديناميكية، مما أظهر مرونة وأداءً مستقرًا على الرغم من التغيرات في المناخ وشدة الإشعاع الشمسي.

مواجهة التحديات الإقليمية

وصف البروفيسور خالد حسين، وكيل الجامعة الأمريكية في رأس الخيمة، البحث بأنه يتماشى مع التزام الجامعة’ بالابتكار المؤثر وذو الصلة عالميًا.

سلط الدكتور نوتاكي الضوء على الرؤية الأوسع وراء المشروع.

قال: “يُظهر عملنا أن الطاقة الشمسية المركزة، عند دمجها بذكاء مع دورات الطاقة المتتالية واستعادة الحرارة المهدرة، يمكن أن تتجاوز مجرد توليد الكهرباء،” وأضاف: “من خلال إنتاج الطاقة النظيفة والمياه العذبة والهيدروجين الأخضر في وقت واحد، نقترح مسارًا عمليًا نحو بنية تحتية حضرية مستدامة ومرنة.”

بينما تعد الطاقة الشمسية وفيرة ومستدامة بيئيًا، غالبًا ما واجه النشر الحراري الشمسي على نطاق واسع عقبات مثل التكاليف الأولية المرتفعة، والتعقيد التقني، والتحديات المتعلقة بالتقطع.

يعالج هذا النموذج المتكامل تلك الفجوات من خلال الجمع بين الدورات الحرارية المتقدمة مع تحلية المياه وإنتاج الهيدروجين في إطار عمل منسق واحد.

نموذج للشرق الأوسط؟

بالنسبة لمناطق مثل الشرق الأوسط، حيث يكون الإشعاع الشمسي مرتفعًا، ويظل ندرة المياه قضية ملحة، يمكن لمثل هذه الأنظمة المتكاملة أن تعيد تشكيل كيفية تعامل المدن مع أمن الطاقة والمياه.

من خلال تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري، وخفض انبعاثات الغازات الدفيئة، وزيادة الاستفادة من الطاقة الشمسية، يقدم الحل المقترح نهجًا مستقبليًا للمرونة المناخية.

مع تسريع الدول لعمليات التحول إلى الطاقة النظيفة، تُظهر ابتكارات مثل هذه من رأس الخيمة كيف يمكن للطاقة الشمسية أن تتجاوز أسطح المنازل وتتحول إلى بنية تحتية حضرية متكاملة بالكامل توفر الطاقة والمياه والوقود من مصدر مستدام واحد.

الطاقة الشمسية على الأسطح يمكن أن تلبي جزءًا كبيرًا من احتياجات الطاقة لدول مجلس التعاون الخليجي: تقرير اختراق إماراتي في الطاقة المتجددة: مشروع حتا للطاقة الكهرومائية يحول طاقة الصحراء نجاح مؤسسة رواندا’ في الطاقة المتجددة في كردستان يتردد صداه مع طموحات الطاقة النظيفة في الخليج