طور باحثون من جامعة تسينغهوا في الصين تقنية تبريد جديدة يقولون أنه يمكن استخدامها لتقليل حرارة جسم الإنسان أو تبريد المنشآت الصناعية ومراكز البيانات والمباني الأخرى.

يمثل تبريد المباني – مثل أنظمة تكييف الهواء والتبريد – حوالي 10% من استهلاك الكهرباء العالمي.

مع ارتفاع درجة حرارة كوكب الأرض وتحسن مستويات المعيشة، من المتوقع أن يتضاعف الطلب العالمي على الطاقة من مكيفات الهواء ثلاث مرات بحلول عام 2050 من مستويات 2018، وفقًا لتقرير وكالة الطاقة الدولية.

لكن تشغيل المزيد من أنظمة تكييف الهواء – التي تُعتبر من بواعث الغازات المسببة للاحتباس الحراري – سيؤدي إلى تفاقم ظاهرة الاحتباس الحراري، وفقًا للعلماء الذين كانوا يبحثون عن طرق تبريد أنظف وأكثر فاعلية.

للمساعدة في حل المشكلة، صمم باحثون من جامعة تسينغهوا مادة متعددة الطبقات يمكنها إجراء التبريد التبخيري والإشعاعي في نفس الوقت. تم نشر دراستهم في وقت سابق من هذا الشهر في مجلة نانو ريسيرش إنرجي (Nano Research Energy)، وهي مجلة يتم مراجعة محتواها من باحثين في المجال، ونشرتها جامعة تسينغهوا.

يستخدم “المبرد الإشعاعي والتبخيري المتكامل” (IREC) مادة تجمع بين طبقة هيدروجيل قابلة للذوبان في الماء وطبقة عليا من الألياف القابلة للتنفس لعكس الضوء.

في التجارب، حقق الجهاز رقمًا قياسيًا للمتوسط ​​العملي للتبريد أثناء النهار عند 710 وات لكل متر مربع – عدة مرات من عملية التبريد الإشعاعي الفردية، وفقًا للمؤلفين.

إن التبريد الإشعاعي هو عملية يرسل فيها الجسم حرارته إلى المناطق المحيطة الأكثر برودة أو الفضاء الخارجي عن طريق الإشعاع الحراري.

يمتص الغلاف الجوي للأرض وجزيئاتها بعض الحرارة وترسلها مرة أخرى. ومع ذلك، عند أطوال موجية معينة – خاصة بين ثمانية و13 ميكرون – يحتوي الغلاف الجوي على نافذة إرسال تسمح بإرسال بعض الحرارة إلى الفضاء الخارجي على شكل ضوء الأشعة تحت الحمراء.

تعتبر المادة التي صممها الباحثون فعالة للغاية في انبعاث الطاقة كإشعاع حراري يمكن إرساله من خلال نافذة الإرسال هذه.

ومع ذلك، ترتبط طاقة التبريد الإشعاعي بدرجة الحرارة المحيطة. في درجة حرارة محيطة تتراوح من 20 إلى 30 درجة مئوية (68 إلى 86 درجة فهرنهايت)، تبلغ أعلى طاقة تبريد صافية حوالي 150 وات لكل متر مربع، وفقًا لياو هوزي مؤلف الدراسة الرئيسي، مرشح الدكتوراه في جامعة تسينغهوا.

قال ياو للصحيفة: “أردنا تحسين طاقة التبريد من خلال خلق اقتران بين نظام التبريد بالتبخير”.

لذلك أضاف الباحثون طبقة هيدروجيل للمساعدة في تسريع عملية التبخر، لتكون مكملة للطبقة الليفية التي تقلل الحرارة الممتصة من الشمس.

ونتيجة لذلك، بلغ متوسط ​​قدرة المادة على إصدار طاقة مشعة أكثر من 76% داخل نافذة الغلاف الجوي، بينما تعكس 90% من الضوء المرئي، مما يعني أن التبريد الإشعاعي والتبخيري لم يتأثروا بضوء الشمس.

قال ياو أن التكنولوجيا يمكن استخدامها لتبريد المباني في الصيف، عن طريق توزيع الماء البارد الذي تولده داخل المباني.

يمكن أيضًا استخدام المادة لتبريد وتبديد الحرارة من أسطح العديد من الأشياء الأخرى المصنوعة من مواد مثل الزجاج أو الألومنيوم أو الخشب.

من خلال ربط شريط المبرد الإشعاعي والتبخيري المتكامل بوعاء من الإيثيلين جلايكول، والذي يستخدم كمضاد للتجمد، تمكن المؤلفون من خفض درجة حرارة السائل إلى 36 درجة مئوية، مقارنة بـ 45 درجة مئوية بدون الشريط.

في الاختبارات، تم استخدام المادة أيضًا لتبريد جسم الإنسان بمقدار 13 درجة مئوية لفترات تزيد عن 12 ساعة.

وخلصت الدراسة إلى أن “هذا العمل يخترق حدود التبريد السلبي التقليدي أثناء النهار من خلال الجمع بين التبريد الإشعاعي والتبخيري، مما يوفر حلاً عمليًا للتبريد السلبي الفعال طويل الأجل سهل وقابل للتطوير وبأسعار معقولة”.

قال ياو: “التبريد هو طلب عالمي كبير جدًا … إذا استطعنا استبدال جزء ما (من نظام التبريد التقليدي)، فسيكون التأثير كبيرًا”.

اقرأ أيضًا فيرتيف وألفابت.. أسهم ذات آفاق نمو ممتازة على المدى الطويل

المصدر: ساوث تشاينا مورنينغ بوست