كيفية منع مكيفات الهواء من تسخين الكوكب – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

How to Prevent Air Conditioners from Heating the Planet
 (Emily Underwood – بقلم: إميلي أندروود)

:ملخص المقالة

يتوقع الباحثون أن عدد مكيفات الهواء على الأرض سيتضاعف أربع مرات بحلول عام 2050 ليصل إلى 4.5 مليار، ليصبح على الأقل في كل مكان مثل الهواتف المحمولة اليوم. وبحلول نهاية القرن، ستُسبب انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من تكييف الهواء ارتفاعًا يصل إلى 0.5 درجة مئوية في درجات الحرارة العالمية، وفقًا لحسابات المنتدى الاقتصادي العالمي. وهذا يستدعي ترقية تكييف الهواء بشكل عاجل. وقد استهدفت جائزة التبريد العالمية الهندية التأكد من قدرة الناس على شراء مكيفات هواء أكثر كفاءة، وركزت على مكيف هواء لغرفة واحدة مشابه لتلك التي يتم تركيبها بشكل شائع في المباني السكنية في الهند. وقد تم الإعلان في نوفمبر 2019 عن ثمانية متسابقين نهائيين في مسابقة المليون دولار لتصميم مكيف هواء للغرفة ينتج غازات دفيئة أقل بخمس مرات على مدار حياته مقارنة بوحدة غرفة قياسية. ولمنع الانبعاثات العالمية من مكيفات الهواء الجديدة من الارتفاع، سيتعين على التقنيات الجديدة، التي تفي بمعايير الجائزة المتمثلة في تقليل احتمالية الاحترار العالمي بخمس مرات، أن تتوسع بسرعة كبيرة، لتصل إلى السوق بحلول عام 2022 وتستحوذ على ما يقرب من 100 في المائة من المبيعات السنوية بحلول عام 2040.

( المقالة )

يتنافس المصنعون لتقليل استهلاك الطاقة والمبردات مع تكاثر الآلات

واحدة من أكبر المفارقات في تغير المناخ هي أنه مع ارتفاع درجة حرارة الكوكب، فإن التكنولوجيا التي يحتاجها الناس للبقاء هادئين ستجعل المناخ أكثر سخونة. وبحلول عام 2050 ، يتوقع الباحثون أن عدد مكيفات الهواء على الأرض سيتضاعف أربع مرات ليصل إلى 4.5 مليار، ليصبح على الأقل في كل مكان مثل الهواتف المحمولة اليوم. وبحلول نهاية القرن، ستُسبب انبعاثات غازات الاحتباس الحراري من تكييف الهواء ارتفاعًا يصل إلى 0.5 درجة مئوية في درجات الحرارة العالمية، وفقًا لحسابات المنتدى الاقتصادي العالمي.

وباختصار، يحتاج تكييف الهواء إلى ترقية بشكل عاجل. فلم تتغير تقنية التبريد الأساسية وراء تكييف الهواء والثلاجات بشكل كبير منذ عام 1902 ، عندما ابتكر مهندس أمريكي شاب يُدعى ويليس كاريير أول مكيف هواء لحل مشكلة الرطوبة لشركة طباعة في مدينة نيويورك. وليس من المبالغة أن نقول إن تكييف الهواء قد شكل عالمنا الحديث – وسيستمر في العمل بشكل جيد في مستقبل مناخي غير مسبوق. وفي البلدان ذات الاقتصادات سريعة النمو ومستويات الحرارة والرطوبة الخطرة بالفعل – مثل الهند وإندونيسيا والبرازيل – سيشتري مليارات الأشخاص قريبًا أول مكيف هواء منزلي. وما إذا كانت ستكون قادرة على تحمل تكاليف وحدات أكثر صداقة للمناخ – أو النماذج الثقيلة التلوث التي هيمنت على السوق لفترة طويلة – في الميزان.

إن التأكد من قدرة هذه الموجة من العملاء الجدد على شراء مكيفات هواء أكثر كفاءة هو الدافع وراء جائزة التبريد العالمية. ومن الناحية الإستراتيجية، لا تركز الجائزة على أنظمة الهواء المركزية الشائعة في منازل الولايات المتحدة، ولا على وحدات النوافذ، ولكن على مكيف هواء بغرفة واحدة مشابه لتلك التي يتم تركيبها بشكل شائع في المباني السكنية في الهند، حيث ستقام المنافسة. وقد تم الإعلان في نوفمبر 2019  عن ثمانية متسابقين نهائيين في مسابقة المليون دولار لتصميم مكيف هواء للغرفة ينتج غازات دفيئة أقل بخمس مرات على مدار حياته مقارنة بوحدة غرفة قياسية.

وتم إطلاق المسابقة في عام 2018 ، تحت رعاية وزارة العلوم والتكنولوجيا الهندية، وهي جزء من وزارة العلوم والتكنولوجيا الهندية؛ معهد روكي ماونتن؛ تحالف يضم 24 دولة إضافية؛ وريتشارد برانسون، المؤسس والرئيس التنفيذي لمجموعة فيرجن. وتهدف الجائزة إلى تسريع تطوير مكيفات الهواء التي تستخدم طاقة أقل بشكل كبير مع المبردات الصديقة للمناخ. وإذا تم نشر مثل هذه التكنولوجيا بسرعة، فيمكنها منع ما يصل إلى 100 جيجا طن من انبعاثات مكافئ ثاني أكسيد الكربون بحلول عام 2050 ، حسب تقديرات معهد روكي ماونتن.

وينبغي أن لا تزيد تكلفة الوحدة الفائزة عن ضعف تكاليف مكيف هواء الغرفة القياسية، ويجب أن يوفر التبريد لأناس في مبنى سكني في دلهي بدولة الهند في جو قائظ، حيث مؤشر الحرارة – قياس مدى الشعور بالسخونة – يمكن أن يصل 140 درجة فهرنهايت (60 درجة مئوية). وبعد تلقي 200 ألف دولار في نوفمبر لتحسين مقترحاتهم، تتسابق الفرق الثمانية الآن لبناء نماذج أولية سيتم شحنها إلى الهند للاختبار في خريف عام 2020.

ولفهم التحدي، من المفيد تصور النظام الأساسي الذي اخترعه ويليس كاريير – والذي ما زلنا نستخدمه بشكل أساسي حتى اليوم. ويوضح كلارك بولارد، المهندس الميكانيكي والأستاذ الفخري في جامعة إلينوي، أنها تُعرف باسم دورة ضغط البخار. وفي أكثر أشكاله تجريدًا، يتكون من ملفين معدنيين، أحدهما يقع داخل المساحة المراد تبريدها، والآخر بالخارج. ويدور سائل التبريد عبر الملفات، ويتبخر بالتناوب ويتكثف تحت ضغط متغير. وعندما يتبخر المبرد، يصبح باردًا ويبرد الملف المعدني داخل الغرفة. وعندما يصل إلى الملف الخارجي، يتكثف المبرد ويطلق الحرارة في الهواء قبل بدء الدورة التالية. وفي هذه الأثناء، تهب مروحة فوق الملف المعدني البارد، لتبريد الهواء وتزيل الرطوبة بينما يتكثف الماء على الملف مثل القطرات “على كأس بيرة بارد” ، كما يقول بولارد.

إن سوق أجهزة تكييف الهواء التي تبلغ حجمها اليوم 60 مليار دولار، والذي تهيمن عليه بعض الشركات الكبرى، ركز منذ فترة طويلة على خفض تكلفة مكيفات الهواء القائمة على ضغط البخار، وليس تقليل كمية الطاقة اللازمة لتشغيلها. وبالإضافة إلى جعل مكيفات الهواء أكثر كفاءة، هناك حاجة ملحة لاستبدال مبردات الهيدروفلوروكربون التي لا تزال معظم مكيفات الهواء تستخدمها، على الرغم من الجهود العالمية للتخلص التدريجي من المواد الكيميائية. وتتسرب هذه المبردات ببطء إلى الغلاف الجوي وتهرب عندما يتم تدمير مكيفات الهواء، بمعدل يقرب من 1000 إلى 3000 مرة أكثر من ثاني أكسيد الكربون كغاز دفيئة.

ويقول بولارد إنه على الرغم من عقود من البحث، فقد ثبت أن القليل من المبردات هي بدائل قابلة للتطبيق لمركبات الهيدروفلوروكربون. ويضيف: “نحن لا نرغب أن يكونوا قابلين للاشتعال. نحن لا نرغب أن يكونوا سامين. نرغب أن يكون لديهم نقطة غليان معينة. نحن لا نرغب أن يكونوا لزجين للغاية، لأن ضخهم في الأرجاء يكلف أكثر، ولا نريدهم أن يفسدوا طبقة الأوزون أو يسخنوا كوكب الأرض. بحلول الوقت الذي تبدأ فيه في تطبيق كل هذه القيود، تنخفض خياراتك الى عدد قليل”.

وهنا تكمن المعضلة التي يواجهها المبتكرون – هل ينبغي أن يركزوا جهودهم على إيجاد المبرد الأكثر ملاءمة للمناخ، أم على تقليل استخدام الكهرباء؟ ولتحقيق هدف المسابقة المتمثل في تقليل التأثير على المناخ بخمس مرات، سيتعين على مكيف الهواء الذي يستخدم مبردًا قياسيًا من مركبات الهيدروفلوروكربون أن يستخدم كهرباء أقل بمقدار 6.4 مرة من الوحدة الأساسية. وعلى النقيض من ذلك، فإن الوحدة التي تستخدم مادة تبريد مع احتمال صفر للمساهمة في الاحترار العالمي يجب أن تكون أكثر كفاءة بأربع مرات فقط. 

ويحقق معظم المتسابقين النهائيين في المسابقة توازنًا بين النهجين، حيث يجمعون بين المبردات الصديقة للمناخ مع الاختراقات المعززة للكفاءة مثل أدوات التحكم الذكية والألواح الشمسية. ولكن البعض الآخر اختار احتمالًا ثالثًا – التخلص من مركبات الهيدروفلوروكربون تمامًا. وتهدف شركة باروكال، وهي شركة ناشئة أسسها عالم المواد زاڤيير مويا في جامعة كامبريدج، إلى حل مشكلة تسرب المبردات باستخدام مادة تبريد صلبة جديدة مصنوعة من بلورات عضوية. ويوضح مويا أن البلورات الرخيصة وغير السامة تطلق الحرارة وتمتص الحرارة تحت الضغط أثناء تغيير الحجم. ويمكن أن ينتج ضاغط تكييف الهواء النموذجي بسهولة الضغط المطلوب الأقل – 70 بارًا – ولكن قد تكون هناك حاجة إلى ضغوط أعلى. وستعتمد كفاءة مكيف الهواء على كيفية قيام الفريق بتطبيق الضغط على البلورات.

وقد وضعت فرق أخرى أنظارها على نهاية الطاقة في المعادلة. ويمكن لأي شخص يعيش في مناخ رطب أن يصادق على أن الحرارة اللزجة تكون أسوأ بكثير من الحرارة الجافة لأن الجسم لا يستطيع التخلص من نفس القدر من الحرارة من خلال التبخر. وتتخذ معظم أنظمة ضغط البخار أسلوب القوة الغاشمة لإزالة الرطوبة، مما يجعل الملف الداخلي باردًا جدًا لدرجة أن قطرات الماء تضطر إلى التكثيف بينما يضرب الهواء فوق المعدن البارد. وغالبًا ما يعني هذا، خاصة في المناخات الرطبة، أن مكيف الهواء يجب أن يتم ضبطه على درجات حرارة أكثر برودة مما يريده الناس بالفعل، مما يؤدي إلى إهدار الطاقة.

ولمعالجة هذه المشكلة، تبحث عدة فرق عن طرق لإزالة الرطوبة من الهواء قبل أن يبرد. فعلى سبيل المثال، تتعاون شركة ترانسايرا، وهي شركة ناشئة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، مع شركة ‘كوينغدو هايبر اير كونديشنتل جنرال كورب ليمتد’  لبناء جهاز يزيل جزيئات الماء من الهواء باستخدام مادة جديدة عالية المسامية تسمى إطار المعدن العضوي. وتعمل المسام النانوية في المادة مثل الإسفنج الجزيئي، حيث تزيل قطرات الماء من الهواء بشكل أكثر كفاءة من أي مادة أخرى معروفة. ويخطط الفريق لتجفيف الإسفنج باستخدام الحرارة المهدرة من ضاغط مكيف الهواء، مما يسمح باستخدامه مرارًا وتكرارًا. وإذا كان بإمكان هذا “الإسفنج” العمل مع الوحدات الحالية ولا يحتاج إلى استبدال متكرر، فيمكنه المضي قدمًا في المنافسة.

ومع ذلك، فإن الوقت ليس في جانب المخترعين. ولمنع الانبعاثات العالمية من مكيفات الهواء الجديدة من الارتفاع، سيتعين على التقنيات الجديدة، التي تفي بمعايير الجائزة المتمثلة في تقليل احتمالية الاحترار العالمي بخمس مرات، أن تتوسع بسرعة كبيرة، لتصل إلى السوق بحلول عام 2022 وتستحوذ على ما يقرب من 100 في المائة من المبيعات السنوية بحلول عام 2040 ، كما قدَّر معهد روكي ماونتن.

وتعتبر المنافسة للحفاظ على الأسعار منخفضة شرسة لدرجة أنه سيكون من الصعب استبدال الخيارات الأرخص، لا سيما في بلدان مثل الهند والبرازيل، حيث يعني ارتفاع الدخل أن العديد من الناس سيتمكنون قريبًا من شراء أول مكيف للهواء. ومع ذلك، يمكن أن يكون خفض تكلفة تشغيل مكيف الهواء بنفس أهمية تقليل التكلفة الأولية في البلدان الفقيرة، كما يقول سورين غراما، مؤسس شركة ترانسايرا.

وأثناء إقامته في نيودلهي والعمل على أنظمة التبريد الريفية لمزارعي الألبان الهنود، أعطى غراما أحد موظفاته وحدة تكييف هواء الغرفة حتى تتمكن ابنتها من الدراسة بشكل أكثر راحة. وفي وقت لاحق، عندما قام بفحصه لمعرفة ما إذا كان قد ساعد، أخبرته المرأة أنها لم تكن تستخدمه لأنها لا تستطيع تحمل تكاليف تشغيله.

ويأمل غراما أن تساعد جائزة التبريد العالمية في مواءمة سياسات الهند مع الابتكارات التكنولوجية، ووضع معايير جديدة للكفاءة والتكلفة. فمثل العديد من البلدان المدارية الأخرى، يوجد في الهند حاجة ملحة لتوفير تبريد لسكانها – في ظل سيناريو انبعاثات عالية، سيواجه ثلاثة أرباع سكان الهند مستويات حرارة مهددة للحياة بسبب مستويات الحرارة والرطوبة في العام 2100 ، كما وجدت دراسة نشرات في مجلة “تقدم العلوم” (Science Advances). وستوفر التنظيمات، التي تتطلب أن تفي أجهزة تكييف الهواء بمعايير جائزة التبريد العالمية ،على الهند 380 مليار دولار من تكاليف تكييف الهواء وتفي بنحو 40 في المائة من هدف خفض الانبعاثات في البلاد، وفقًا للمنتدى الاقتصادي العالمي.

وتشير تقديرات منظمة الصحة العالمية إلى أن موجات الحر الشديدة في جميع أنحاء العالم يمكن أن تقتل أكثر من 255,000 شخصًا كل عام بحلول عام 2050. ولن تكون مكيفات الهواء الجديدة كافية لدرء هذه الوفيات – هناك حاجة أيضًا إلى تدابير أخرى، مثل البناء بمواد عزل أفضل من الزجاج والخرسانة. وإذا كان التاريخ يشير إلى أي شيء، فإن أسرع طريق لتحويل كيفية بقائنا هادئين سيكون مزيجًا من الابتكار والمنافسة والتنظيم. والسرعة ضرورية، لأن مخاطر سباق التبريد العالمي ليست الراحة فحسب، بل البقاء على قيد الحياة. 

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر :

https://www.scientificamerican.com/article/how-to-prevent-air-conditioners-from-heating-the-planet/#