“لم يكن من الممكن أن أحصل على جائزة جابر الأحمد لولا دعمُ مساعدي البحث وزملائي في جامعة الكويت، وخاصة طلبتي. فهم الأساس لكل أفكاري وأعمالي” عمار بهمن.
عندما بدأ عمار بهمن دراسة الهندسة، أدرك بسرعةٍ أن أحد التخصصات في المجال الذي اختاره كان مميزاً، إذ يقول: “المهندس الميكانيكي يشبه “الجوكر”. فهو متعدد التخصصات، مما يعني أنه يمكنه التواصل مع مهندس مدني وكذلك مع مهندس كيميائي. ولذا يمكن للمهندس الميكانيكي أن يعمل في أي مجال”، كما قال بهمن، الذي يعمل الآن أستاذاً مساعداً في قسم الهندسة الميكانيكية في جامعة الكويت.
Having grown up with Kuwait’s sweltering summer الخانقة في الكويت والتي تصل إلى 55°س وما فوق، سرعان ما قرر بهمن استخدامَ هذه القدرة الهندسية لـ “الجوكر”، للتركيز على جعل تكييف الهواء أكثر كفاءة. ويقول بهمن الذي درس أولاً في جامعة الكويت، ثم جامعة جنوب فلوريدا في تامبا (الولايات المتحدة الأمريكية)، وحصل في النهاية على درجة الدكتوراه من جامعة بيردو في ولاية إنديانا الأمريكية: “لقد حرَصتُ دوماً على إيجاد حلول لكيفية تبريد المباني”.
Most air-conditioning systems were designed for temperatures of up to 45 degrees Celsius, explained Bahman. Are those systems forced to operate at temperatures beyond this range, they have to work extra hard and start consuming more power. In his research, Bahman is developing cutting-edge innovations that address this, which could lead to energy savings and better protection for the environment. For his work, Bahman was awarded a 2024 Jaber Al-Ahmad Prize for Young Researchers.
وتتضمن إحدى أفكار بهمن حقنَ السوائل النانوية في وحدات تكييف الهواء والتبريد. وقال: “تُنشَأ السوائل النانوية عن طريق خلط جزيئات صُلبة صغيرة مع سائل أساسي يمكن أن يكون ماءً أو زيتاً أو أي نوع آخر من السوائل”. ويبلغ قياس الجسيمات النانوية عادةً ما بين واحد و100 نانومتر، أي ما بين واحد على البليون وواحد على عشرة ملايين من المتر. للمقارنة: يبلغ سُمك الورقة نحو 100,000 نانومتر.
إن دمج مثل هذه الجسيمات في وحدات تكييف الهواء يمكن أن يزيد من كفاءتها بطريقتين. فإضافتُها إلى زيت الضاغط -المكون الذي يدفع سائل التبريد أو المادة المبردة عبر النظام – يساعد النظام على العمل بسلاسة أكبر. ويقول بهمن: “الأمر أشبه بوضع الرمل على طاولة ثم رسم دوائر بيدك. فتنزلق يدك بسهولة أكبر لأنها تنزلق فوق الرمل. وعلى نحو مماثل تتسبب الجسيمات النانوية في تشغيل الضاغط باحتكاك أقل، مما يعني توفير الطاقة”.
Nanoparticles can also be mixed with the refrigerant itself. This liquid, which circulates through the AC system, provides the actual cooling: It enters the house cold and absorbs the heat from the rooms, in the process warming up and turning into a gas. The warm gas circles outside the home, where it gets compressed while releasing the heat it had picked up and reverting to being a cold liquid. Then the cycle starts over.
Bahman realized that this process could be made more effective by introducing nanoparticles that possess a high thermal conductivity to the refrigerant. That is: Microscopically tiny crumbs of materials that excel at absorbing heat. Examples are many carbon-based substances such as nanodiamonds or graphene. Adding such nanoparticles lets refrigerants take up more heat faster, allowing for more efficient and compact AC systems that consume less power.
وقد اختبر بهمن هذا النهج بالفعل في غرفة سيكومترية Psychometric chamber تتكون من حجرتين، واحدة تحاكي الداخل والأخرى الخارج. وعندما سخَّن الحجرة الخارجية إلى 55°س في يوم صيفي قائظ في الكويت، استخدم نظام التبريد المعزز بالسوائل النانوية طاقةً أقل بنسبة 8% على الأقل من وحدة التبريد التقليدية – وهو انخفاض كبير. وقال بهمن: “تخيل مقدار الطاقة التي يمكننا توفيرُها إذا لم تكن هذه مجرد وحدة واحدة وغرفة واحدة، ولكن منطقة كاملة في المدينة أو البلد بكامله”.
Another of Bahman’s ideas involves Subcooling. In other words: making the refrigerant circle through an additional circuit in which it is cooled extra low before it re-enters the house. Having the refrigerant subcooled provides an additional boost to the air-conditioning, making it more efficient. Bahman has developed a system that uses solar energy for the extra cooling step, which minimizes the environmental impact and dependency on fossil fuel power plants. His innovative solar-powered subcooling mechanism recently received a US Registered Patent.
وفي الأمد البعيد يأمُل بهمن أن يجمع بين السوائل النانوية والتبريد الفرعي بالطاقة الشمسية في نظام مشترك. ويقول: “أريد تقليل استهلاك الطاقة من دون المساس بالراحة الحرارية Thermal comfort للأشخاص داخل المنزل”. وهو يبحث حالياً عن الجسيمات النانوية الأكثر ملاءمة لأغراضه. وقد تكون هجينة، أي مادة نانوية تنشأ بفعل الجمع بين مواد مختلفة. ويقول بهمن: “يمكن أن يسمح لك هذا بالاستفادة من أفضل ما في كل مادة. ربما تكون إحداهما منخفضة التكلفة والأخرى باهظة الثمن ولكنها ذات موصِّلية حرارية عالية. ومن خلال الجمع بينهما، يمكن للجسيم النانوي الهجين أن يوفر موصِّليةً حرارية عالية بتكلفة أقل”. وأكسيد الألومنيوم من بين المواد المُرشَّحة الواعدة. إذ يقول بهمن: “يمكننا الحصول على أكسيد الألومنيوم من موادَّ معاد تدويرُها، وهو ما سيكون مفيداً للبيئة، ثم نخلطه بمادة موصلة جداً مثل الأنابيب النانوية القائمة على الكربون”. ولكن يتعين على بهمن أولاً التغلُّب على بعض التحديات مثل التأكد من أن المواد الهجينة من هذا النوع تظل مستقرة في أثناء دورانها عبْر التيار المتردد.
ولكن أفكار بهمن تتعدى بالفعل أنظمة تكييف الهواء البسيطة إلى الدور الذي يمكن أن تؤديه المباني نفسها في الحفاظ على راحة سكانها. ويتساءل: “على سبيل المثال، ماذا لو طلينا المنازل بدهانات تحتوي على جسيمات نانوية تمتص قدراً أقل من الحرارة؟ هل من شأن هذا أن يجعل المنازل أكثر كفاءةً في استخدام الطاقة؟”.وستحفز جائزة جابر الأحمد بهمن أكثر على مواصلة أبحاثه. ويقول: “لم يكن من الممكن أن أحصل على الجائزة لولا دعم مساعدي البحث وزملائي في جامعة الكويت، وخاصة طلبتي. فهم الأساس لكل أفكاري وأعمالي”.