دراسات ومشاريع طلابية في كلية الجبيل الصناعية تقدم حلولا تقنية وهندسية في إنتاج الطاقة النظيفة والمستدامة والاستفادة من مصادر المياه غير التقليدية 'بخار الماء في الهواء'. هكذا بدأنا مع طلابنا في تحويل الأفكار إلى مشاريع واعدة وذات أثر اقتصادي وبيئي، وكان الدافع خلف هذه المشاريع إحصائيات عالمية تتحدث عن أن أكثر من 80% من الطاقة العالمية ما زالت تعتمد على الوقود الأحفوري، وقطاع الطاقة مسؤول عن حوالي 73% من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري global warming؛ وأن أكثر من 2.2 مليار إنسان يعانون من نقص في الحصول على طاقة أو الوصول إلى مياه آمنة ونظيفة؛ وأن الزراعة وحدها تستهلك ما يقارب 70% من الموارد المائية العذبة عالميا؛ أمام هذه التحديات، أصبح التحول إلى الطاقة النظيفة ومصادر المياه غير التقليدية ضرورة علمية واقتصادية، وليس خيارا اقتصاديا وبيئيا وتنمويا؛ ومن هنا تأتي أهمية تحويل الأفكار البحثية والمشاريع إلى مشاريع صناعية ذات أثر في الاستفادة من مصادر الطاقة المتجددة والمياه العذبة غير التقليدية، ومن منطلق حرصنا في المجال الأكاديمي والبحثي فقد كان لطلاب كلية الجبيل الصناعية مشاريع هندسية رائدة ومميزة تخدم الطاقة والمياه، ومن المشاريع التي تشرفت بالإشراف عليها هي:

المشروع الأول: مشروع استخدام دوائر إنتاج الطاقة باستخدام موائع عضوية ذات خصائص فيزيائية وكيميائية أفضل من استخدام بخار الماء (Organic Rankine Cycle – ORC) وذلك لإنتاج طاقة مستدامة باستخدام المجمعات الشمسية دون الحاجة إلى مراجل حرارية.

تأتي حاجة هذا المشروع عوضا عن استخدام الأنظمة التقليدية (دورة الرانكن ببخار الماء) والتي تعتمد على استخدام المراجل أو الغلايات والتي تعتمد بشكل كامل على الوقود الأحفوري وتعطي كفاءة حرارية أقل عند درجات الحرارة الأقل من 350 درجة مئوية، ولذلك جاءت فكرة بناء دوائر للطاقة تعمل بالموائع العضوية ORC وتولد الكهرباء عند درجات حرارة تتراوح بين 80 - 300 درجة مئوية وباستخدام المجمعات الشمسية دون الحاجة للغلايات التي تعمل بالوقود الأحفوري. وتقوم آلية النظام بتحويل السائل العضوي إلى بخار باستخدام الطاقة الشمسية الحرارية (مسطحة أو قطع مكافئ): ومن مميزاتها هي:

1- كفاءة حرارية من 40-70%.

2- نقطة غليان منخفضة. مما يجعل المجمعات الشمسية قادرة على تحويل السائل العضوي إلى بخار.

3- تشغيل توربينات منخفض السرعة وتوليد طاقة مستدامة.

4- إمكانية تكثيف السائل وإعادة استخدامه في دائرة توليد طاقة مغلقة.

كما تشير المؤشرات الإحصائية والدراسات السابقة والحالية إلى مؤشرين رئيسيين هما:

أولا: المؤشرات الإحصائية والدراسات الحالية والسابقة:

1- كفاءة النظام الكلية: 40-60% (مرتفعة جدا مقارنة بدرجات الحرارة المنخفضة).

2- العمر التشغيلي: 20-25 سنة.

3- خفض انبعاثات CO₂: حوالي 600-900 كيلو جرام من CO₂ سنويا لكل 1 ميغاواط/ساعة منتجة مقارنة باستخدام الوقود الأحفوري.

ثانيا: تكلفة التشغيل والصيانة:

1- أقل من 2-3% من تكلفة الاستثمار سنويا.

2- ممكن استخدام دائرة الطاقة في القرى النائية والهجر وذلك في إنتاج الطاقة النظيفة.

ومن الأثر الاقتصادي في استخدام هذه التقنيات ما يلي:

1- فترة تعويض رأس المال أقل من 5 سنوات.

2- استقرار في الإنتاج مقارنة بالطاقة الشمسية الكهروضوئية بسبب التخزين الحراري.

المشروع الثاني: مشروع فصل الماء من الهواء الجوي واستخدامه في ري الحدائق والمشاتل العامة والمنزلية.

من المشاريع التي صممها طلابنا هي جهاز يقوم بتحويل بخار الماء في الهواء واستخلاصه من خلال مكثفات Cooling dehumidification process وتحويل البخار الموجود في الهواء إلى ماء صالح لري المشاتل؛ وهذه الفكرة تولدت بعد قياس أن الهواء الجوي يحتوي على ما يقارب 12,900 كيلومتر مكعب من المياه العذبة على شكل بخار ماء، وخاصة المناطق ذات الرطوبة النسبية التي تتجاوز 40%، وأن كل 1 متر مكعب من الهواء يحتوي على (من 5 إلى 25 غرام) بخار ماء حسب الرطوبة ودرجة الحرارة.

وتقوم تقنيات استخلاص الماء من الهواء على التكثيف المباشر (Condensation) بتبريد الهواء تحت نقطة الندى، وتنتج هذه التقنية من 10 إلى 30 لترا لكل يوم للوحدات الصغيرة، وتستهلك من 0.3 إلى 0.4 كيلواط لكل ساعة مما تتيح للنظام استخدام الطاقة الشمسية لتشغيل دائرة التبريد، كما يقوم هذا الجهاز بخفض استهلاك المياه التقليدية بنسبة 50-70% في المشاتل وأنظمة الري والتي جميعها تعتمد على مصادر المياه التقليدية.

خلاصة هذا المقال، طلابنا لديهم أفكار لها أثر اقتصادي وبيئي.