المدخنة الشمسية ابتكار إماراتي يولد المياه العذبة والطاقة النظيفة

سلطان الحوسني وخالد فودة وسعيد السويدي، ثلاثة مهندسين متميزين أنهوا دراستهم الأكاديمية مؤخراً في جامعة الإمارات تخصص هندسة ميكانيكية، أبدعوا في مشروع تخرجهم وابتكروا مدخنة تعمل بالطاقة الشمسية، وتولد مياهاً عذبة وطاقة نظيفة ومتجددة. للتعرف إلى مراحل ابتكار هذه المدخنة بدءاً من الفكرة، فالتصميم وبناء نموذج حقيقي يمكن من خلاله اختبار النتائج بصورة تقريبية. يتحدث سلطان الحوسني عن فكرة المدخنة الشمسية المبتكرة ويقول :” جاءت فكرة المدخنة الشمسية، انطلاقاً من حاجة الدولة إلى مشاريع صديقة للبيئة تقلل من التلوث الكبير الناتج عن توليد الطاقة من المصادر غير المتجددة، كالنفط والبترول والتي تهددنا دوماً بنفادها يوماً ما، وذلك عبر التوجه إلى الاستفادة من مصادر الطاقة المتجددة البديلة كطاقة الرياح والشمس والماء ، والتي اخترنا منها الشمس كمصدر رئيسي للطاقة المتولدة عبر مدخنتنا وذلك لما تتمتع به الدولة من أجواء حارة جداً معظم أيام السنة “ يتابع الحوسني حديثه :” تعتمد المدخنة الشمسية المبتكرة على مفهوم بسيط وهو ارتفاع الهواء الساخن الذي تعد كثافته أقل من كثافة الهواء البارد ففكرنا باستغلال هذا التفاوت بالكثافة بينهما والذي ينتج عنه هواء طبيعي، حيث تعمل المدخنة على تسخين الهواء باستعمال ظاهرة الاحتباس الحراري تماماً كما هو مستخدم في البيوت الزجاجية في الأغراض الزراعية . “ يفيد الحوسني أنه قام وزميلاه ببحوث عدة عبر الانترنت، لمعرفة مدى تطبيق المدخنة الشمسية في واحدة من دول العالم فيستفيدوا من خبراتها فوجدوا أنها طبقت في إسبانيا عام 1980، وعملت في توليد الطاقة لمدة 7 سنوات، ومن ثم فشلت في عملها وتوقفت نهائياً تبعاً لعدد من الظروف والمشاكل التي مروا بها كتلك المتعلقة بالمناخ على خلاف ما تتمتع به الدولة من مناخ حار مناسب جداً لفكرة المدخنة الشمسية. مرحلة التنفيذ ويشرح خالد فودة ما انطوت عليه مرحلة تصميم مجسم المدخنة وتنفيذه ويقول :” بعد أن حددنا فكرة المشروع والغرض منها فلا بد أن نترجم ذلك على أرض الواقع، فرسمنا المجسم على الكمبيوتر بشكله ثلاثي الأبعاد مستخدمين برنامج(solid work) والذي ساعدنا بدوره كثيراً في رسم شكل المدخنة الذي تخيلناه. ولتحديد قياسات هذه المدخنة بدقة متناهية وحساب الطاقة المتوقع تولدها منها استخدمنا 37 معادلة هندسية تعتمد على 3 علوم وهي علم الديناميكا الحرارية وعلم ديناميكا الموائع وعلم الحرارة المنتقلة وربطنا هذه المعادلات ببعضها من خلال برنامج لحل المعادلات الهندسية (EES)، وبعدها انتقلنا إلى حساب تكلفة المشروع بناء على بحث في السوق المحلي والمناطق الصناعية والمستودعات، وتوجهنا للبحث عن شركة مقاولات ليتولى مهندسون بناءها في ضوء الشكل والمقاسات التي حددناها لهم، وبعد التنقل المجهد بين شركة وأخرى وجدنا حماساً وتفاعلاً لدى إحداها وهي شركة آسكون الذين أمدونا بتكاليف المدخنة والتي وصلت إلى 23ألف درهم تكفلت الجامعة بثلاثة آلاف منها وتوفير المكان الذي هو داخل الحرم الجامعي في الجيمي “ . انتهى بناء المدخنة في غضون أسبوعين بحسب فوده والتي تتكون من قاعدة من انابيب حديدية طولها 10م وعرضها 10م أيضا مرفوعة من زواياها عن سطح الأرض بواسطة أركان أسمنتية بمعدل 50 سم، مع مراعاة وجود ميلان بها يسمح بتوجيه الهواء إلى قاعدة المدخنة وتم تغطية القاعدة من جميع جوانبها ببلاستيك مقوى يشبه البلاستيك المستخدم في البيوت البلاستيكية الخاصة بالزراعة، ويتميز هذا البلاستيك بأنه محمي من الأشعة فوق البنفسجية مما يضمن استمراره لأطول فترة ممكنة فيستفيد منه الطلبة الذين ينوون تطوير المدخنة بعد تخرج فودة وزميليه من الجامعة. بالإضافة إلى أنه معد ليقوم بعملية الاحتباس الحراري الذي هو أساس نجاح عمل المدخنة، أما المدخنة فهي عبارة عن أنبوب حديد طويل يستند على قاعدة اسمنتية تقع في وسط المجسم سمكه 9 ملم وقطره 30 سم. طريقة عملها يفسر الحوسني العملية التي تجري داخل المدخنة الشمسية التي ابتكروها ويقول: “نتيجة لارتفاع درجات الحرارة معظم أيام السنة، مما يسهم في توافر الهواء الساخن ودخوله من جوانب المدخنة السفلية، إذ توجد فتحات في القاعدة تسمح بدخوله فتبدأ عملية الاحتباس الحراري للهواء عبر زيادة درجة حرارة الهواء المحبوس في الداخل واختلاف كثافته عن الهواء الأبرد منه الموجود في الخارج مما يسبب ارتفاعه من المنطقة الموجود فيها وهي أشبه ببيت بلاستيكي محاولا اللجوء إلى أنبوبة المدخنة والاندفاع خارجها ومما يساعده في ذلك خفته وقلة كثافته عن الهواء الخارجي فيصعد بنفسه لأعلى نتيجة وجود ميلان أيضا يساعد في ذلك وعندما يحاول صعود أنبوبة المدخنة الحديدية يحدث تزايد في سرعته و يصطدم بتوربين (مروحة) ركبناها عند فوهة الأنبوبة الداخلية والتي تدور نتيجة قوة الهواء وسرعته التي تقاس بجهاز (Anemometer) وقد تصل إلى 130 كم في الساعة في حالة تطبيق المشروع بمقاييس كبرى. ولنستدل على أن طاقة الهواء تحولت من حركية ميكانيكية إلى طاقة كهربائية أشعلت المروحة وصلنا بها أي بالمروحة مصباحًا صغيرًا لتبين إنارته عن وجود طاقة كهربائية ولدها الهواء الساخن الذي سبب دوران المروحة أيضا “ الصعوبات صعوبات كثيرة واجهها المهندســون الثلاثة الذين عملوا معاً بروح فريق واحد أشـار إليها سعيد السويدي: واجهنا عدة صـعوبات كان أولها الوصـول إلى التصـميم المثالي للمدخنة وشكل قاعدتها ومكان تثبيتها ودرجة ميلانها. بالإضـافة إلى التكلــفة العـالية التي اضطررنا إلى التقليـل منها عبر تقليـل قياسـات طول المدخنة وحجمها لنصل إلى أقل تكاليف ممكنة، كما أن بناء المشروع كان في فصل الشتاء ونحن نحتاج للحرارة العالية ليعمل بأقصى درجات الفعالية لكننا استطعنا بحمد الله أن نثبت قدرتنا في التحكم بدرجات الحرارة الداخلية والخارجية. بالإضافة إلى أننا لم نجد توربيناً هوائياً يتناسب مع حجم فوهة المدخنة الداخلية، ليحول الطاقة الحركية للهواء إلى كهرباء فاضطررنا للاستعانة بمروحة صغيرة لحل المشكلة ووصلناها بدائرة كهربائية لإثبات وجود الطاقة الكهربائية المتولده، ووجدنا صعوبة كذلك في التعامل مع برنامج المعادلات الهندسية الذي حددنا بموجبه قياســات المدخنة لأننا لم ندرسه في الجــامعة مما جعلنا نبحث في الانترنت بحثاً مســتفيضاً حتى توصلنا إلى المطلوب“