اكتشاف رائع يطلق حرارة الصيف إلى عتمة الكون الباردة

يوجد الكثير من الوسطاء الذين يعملون في الطريقة التي نبرد بها المباني في الصيف. ولكن ماذا لو استطعنا تخفيض عدد الوسطاء وقذفنا بالحرارة إلى الفضاء؟
يجري الآن تطوير تكنولوجيا في جامعة ستانفورد، يمكنها تقليل الحاجة بصورة كبيرة لتكييف الهواء في أيام الصيف، وهو الذي يستهلك حالياً حوالي 15 في المائة من المبلغ الذي ينفق على المباني التجارية في الولايات المتحدة والذي يصل إلى 180 مليار دولار في السنة.
عادة تحتاج عملية تخفيض درجة حرارة المباني إلى حرق الفحم أو الغاز لتوليد الكهرباء التي تشغل مكيفات الهواء، وهي التي بدروها تخفض من مستوى الزئبق في موازين الحرارة. وسيكون من الأسهل والأرخص بكثير من حرق الوقود؛ لتبريد الأماكن الباردة هو إيقاف الحرارة قبل دخولها ثم شفطها للخارج عندما يصبح الهواء حاراً جداً.
نُشر بحث في مجلة نيتشر (الطبيعة) يصف مادة جديدة وتجريبية يمكنها عمل هذين الشيئين. تعمل رقائق محشوة أساسها السليكون عمل مرايا مثبتة على السقوف التي تعكس أشعة الشمس والحرارة باتجاه السماء، وفي نفس الوقت تعمل عمل نوع من المدخنة الحرارية التي تسحب الحرارة الداخلية من مبنى من خلال سقفه. هاتان العمليتان لا تحتاجان إلى فولت واحد من الكهرباء.
وحسب هذه الدراسة، تستطيع المادة التي تطورها جامعة ستانفورد أن تخفض من درجة الحرارة في الداخل بأقل من 5 درجات مئوية من درجة الحرارة في الخارج. وقد أثبتت التجارب نجاح ذلك على رقيقة محشوة قطرها ثماني إنشات. وسيكون عمل الباحثين التالي هو زيادة نسبة ذلك الجهد. قال شانهوي فان، المشارك في البحث، وبروفيسور الهندسة الكهربائية في الجامعة: «نحن بحاجة للوصول إلى نقطة يمكنني عندها تغطية جزء من سقفك بهذه المادة. وما يزال أمامنا عمل جيد للقيام بذلك.»
قال فان: «يمكن على الأرجح صنع ألواح عاكسة وغطاء باستخدام تقنيات التصنيع الموجودة حالياً.» وزيادة سرعة ذلك سيلزمه المزيد من الوقت والتجارب والمال. حظي هذا العمل بالدعم حتى الآن من وكالة الأبحاث المتقدمة في وزارة الطاقة الأميركية، آى آر بي آى- إي. والعلماء لم يشكلوا شركة بعد لجعل بحثهم تجارياً.
من السهل على أي شخص تخيل عكس الحرارة والضوء بالمرايا، أو بجهود أخرى مثل طلاء أسقف مدينة نيويورك باللون الأبيض، بحيث تسخن بدرجة أقل. الحيلة الحقيقية هي تهوية حرارة المبنى وطردها للفضاء، الأمر الذي له علاقة بشكل غريب من جو الأرض.
الآثار القليلة مثل غاز ثاني أكسيد الكربون وبخار الماء لديهما تأثير هائل على مناخ الأرض، لأنهما يمنعان إعادة إشعاع الحرارة ثانية للفضاء. يستفيد البحث من ميزة حقيقة وجود أطوال موجات من الحرارة أو طاقة الأشعة تحت الحمراء التي لا يستطيع الغلاف الجوي احتجازها.
يوجد نوع من نافذة حرارية في الجو - شبيهة بزجاج النوافذ المعالج للتقليل من خسارة الحرارة في الشتاء أو اكتسابها في الصيف – التي لا تستطيع حجزها أية مادة توجد بشكل طبيعي، أو الغازات القليلة أو غير ذلك. وعند وضع المادة الجديدة على سقف فإنها تُغري هذه الحرارة على الخروج من المبنى. كما يمكن تطبيق ذلك على السيارات. تستطيع أكاسيد السليكون والهافنيوم في الرقيقة المحشوة امتصاص وإشعاع الحرارة عند نفس طول الموجة التي لا يستطيع الغلاف الجوي احتجازها. وهي بذلك تسيطر وتوجه الحرارة الخارجة من المبنى وتطلقها إلى عالم آخر.
العالم الواسع وراء الأرض هو حيث تبدأ الأمور باتخاذ طابع ممتع.
أشار المتنبئون بمستقبل البيئة لعقود عديدة إلى الشمس على أنها الجواب الواضح لكل حاجاتنا. فهي توفر الطاقة لكل ما تحتاجه الأشياء الحية لتعيش وتنمو. والتقنيات المستمرة في التطور تستطيع تسخيرها لأغراض الحصول على الطاقة السكنية والتجارية.
يقول الباحثون في جامعة ستانفورد: إن ما هو مثير حقاً ليس الشمس، بل هو كل شيء آخر في الكون: فهو بارد بشكل مطلق. وفي الحقيقة تزيد درجة حرارته بمسافة قليلة عن الصفر المطلق (وهو 273 درجة تحت الصفر المئوي). يقترح البحث المنشور في مجلة نيتشر أن من واجب الإنسانية أن تُسخر ما تسميه «الظلام البارد للكون» كمصدر متجدد. الحرارة تبحث عن البرودة. لا يوجد حدود لمقدار الحرارة التي يستطيع الفضاء أخذها من أيدينا.
تنتمي هذه التقنية إلى مجال يدعى نانوفوتونيكس، وهو فرع من علم تكنولوجيا النانو الذي يعني بهياكل ضئيلة لدرجة تمكنها من التفاعل مع الضوء. يبدو أن اختراع ستانفورد نجح في عكس الحرارة الشمسية ونقل حرارة المباني إلى أعلى، وبعيداً عنها أثناء ساعات النهار الأكثر سخونة، عند الحاجة الكبيرة لذلك.
قال مارين سولجاسيك، بروفيسور الفيزياء في معهد ماساتشيوستس للتكنولوجيا: «أنا مندهش من أنهم استطاعوا إنجاز ذلك بالفعل، لأن ذلك عمل مثير للتحدي.» والسيد سولجاسيك حسن الاطلاع ببحث ستانفورد، ولكنه لم يشارك به. وهو يقول: «يحتوي هذا البحث على كل المكونات التي تجعله مثيرا للاهتمام إلى حد كبير.»
بطبيعة الحال مقالة أبحاث منشورة في مجلة لا تصنع ثورة في الطاقة.
ومع ذلك فهي تقنية مثيرة مدعومة من وكالة أميركية عالية المستوى. فهي تكشف عن طريقة لعكس نظامنا الحالي في حرق معادن الكربون لإنتاج طاقة لتبريد المباني.
وهي مثل اختيار الخيول الفائزة في السباق، والتي تقوم بأداء أندر الانجازات، وهي تدخل إلى مجال الجدل الدائر حول الطاقة مصدراً جديداً متجدداً وطريقة جديدة للتفكير حرفياً بالكون: إنها الحرارة مقابل مكب نفايات لا نهائي.