المضخات تقدم حلاً لمشكلة الحرارة المهدرة

على امتداد نظام الطاقة الخاص بنا، يتسرب أكثر من 50 % من الطاقة التي نستخدمها إلى البيئة المحيطة في هيئة حرارة مهدرة. واسترداد هذه النسبة المتسربة لا يفيد جيوبنا فحسب، ولكنه يعكس أيضا بعض التأثيرات الضارة التي تحدثها الحرارة المهدرة من بلداتنا ومدننا في المناخ. وتقول مجلة نيو ساينتست العلمية المتخصصة، في تقرير نشرته أخيراً، إن الحرارة المهدرة تمثل مشكلة هائلة. إذ وجد تقرير أصدرته وزارة الطاقة الأميركية عام 2008 أن ما تهدره الصناعة الأميركية سنويا من الطاقة في هيئة حرارة يضاهي ما يستخدمه 5 ملايين أميركي من الطاقة كل عام. ووجد التقرير أيضا أننا، باستخدام التقنيات المناسبة، نستطيع استعادة ما يقرب من نصف تلك الطاقة، ولكن قول ذلك أسهل من فعله. ويقول ديفيد ماكاي، كبير المستشارين العلميين لوزارة الطاقة وتغير المناخ البريطانية: إننا غالبا ما نتحدث عن كمية الحرارة المهدرة، ولكن ليس عن نوعيتها. فمعظم ما نفكر فيه على أنه "حرارة مهدرة" ليس في الواقع ساخنا إلى حد كبير، إذ تقل درجة نحو 60 % عن 230 درجة مئوية. وفي حين أن درجة الحرارة تلك قد تبدو مرتفعة للغاية، فإنها أقل من أن تشغل توربينا ما لتوليد الكهرباء. والبديل هو نقل الحرارة مباشرة إلى حيث تمس الحاجة إليها. وهذا هو ما تفعله محطات التوليد المشترك للطاقة. إذ تحتجز هذه المحطات حرارتها المهدورة وترسلها، في هيئة بخار أو ماء ساخن، عبر شبكة من الأنابيب إلى المدن القريبة. وهناك، تستخدم المباني الشبكة لتدفئة إمداداتها من الماء أو الهواء للتدفئة المركزية. ومع ذلك، فإن الحرارة المهدرة من محطات توليد الطاقة لا تمثل سوى غيضا من فيض بالمقارنة مع ما تهدره منازلنا ومكاتبنا ومركباتنا وقطاراتنا من حرارة. ويعد استغلال الحرارة المهدورة من هذه المصادر التي لا حصر لها أصعب بكثير من استغلال تلك المهدورة من مصادر مركزة مثل محطات توليد الكهرباء، وذلك لأنها تهدر شيئا فشيئا. والأهم من ذلك هو أنها ليست ساخنة بما يكفي لأن تدعى "حرارة مهدرة". ولحسن الحظ، فإن هناك تقنية نستخدمها منذ فترة طويلة، تستطيع سحب الطاقة من الحرارة الفاترة. فالمضخات الحرارية أرضية المصدر تساعد أصحاب المنازل على خفض تكاليف تدفئة منازلهم منذ أربعينات القرن الماضي، عندما أدرك المخترع الأميركي روبرت ويبر أنه يستطيع عكس عملية التبريد لاستخراج الحرارة من الأرض. ويستغل هذا النظام حقيقة أن الأرض لا تحسن توصيل الحرارة؛ ففي المناطق المعتدلة، وعلى بعد بضعة أمتار من سطح الأرض، تبقى درجة حرارة التربة قريبة من 10 درجات مئوية. ويمكن للمضخات الحرارية أرضية المصدر أن تستخدم درجة الحرارة المستقرة تلك لتدفئة المنازل في فصل الشتاء. وآلية عمل هذه المضخات بسيطة. حيث تشكل شبكة من الأنابيب دائرة بين داخل المنزل وملف مدفون تحت الأرض. وتحوي هذه الأنابيب مزيجا من الماء وسائل تبريد. ويمتص هذا المزيج، أثناء انتقاله عبر الأنابيب المدفونة تحت الأرض، الحرارة من تلك التربة التي تقرب درجة حرارتها من 10 درجات مئوية.  وفي حين أن هذه الدرجة قد لا تعتبر مرتفعة، فإنها تتسبب في تبخر سائل التبريد إلى غاز. وحين يعود هذا الغاز إلى المنزل مرة أخرى، يدخل عبر ضاغط، مما يكثف الحرارة إلى حد كبير. ويمكن لتلك الحرارة عندئذ أن تستخدم من قبل مبادل حراري لتسخين الماء أو مجاري الهواء. وتعد هذه الآلية قوية بما يكفي لتوفير الحرارة بكفاءة حتى في الأماكن التي تضاهي في برودتها النرويج وألاسكا. وهي رخيصة أيضا. ففي بريطانيا، خفضت المضخات الحرارية أرضية المصدر فواتير التدفئة بنسبة 30 %، وذلك لأن الطاقة التي يتطلبها ضغط الغاز لتسخين المنازل تقل كثيرا عن تلك التي تتطلبها طرق التدفئة التقليدية. ولكن هذا ليس كل ما تستطيع هذه المضخات فعله. فهي، من خلال عكس آلية عملها، تستطيع أيضا تبريد المنازل في فصل الصيف. فإذا كانت الأرض باردة بما فيه الكفاية، فإن السائل الموجود في الأنابيب يمتص الحرارة من داخل المبنى، بدلا من امتصاصها من الأرض. والثمن الوحيد هو تدوير ذلك السائل عبر الأنابيب. ويقول ستيفن هيل من شركة آروب للهندسة: يمكنك استخدام هذه المضخات كمصدر تبريد مجاني. يقول ستيفن هيل من شركة "أروب" للهندسة إنه يمكن لوعد التدفئة والتبريد بكفاءة فائقة أن يفسر سبب الشعبية الكبيرة التي تتمتع بها المضخات الحرارية حاليا. ففي عام 2010، نمت سوق المضخات الحرارية البريطانية إلى ما يقرب من 50 مليون جنيه إسترليني. ويشير هيل إلى أن آلية هذه المضخات تعمل بشكل أفضل عندما يتم توسيع نطاقها. فعلى سبيل المثال، تستخدم "باسيفيكو"، وهي محطة مترو أنفاق في مدريد بإسبانيا، مضخة حرارية أرضية المصدر لتوفير كل ما تحتاجه من تدفئة وتبريد.