ثلاجة المستقبل.. مغناطيسية
هل تعلم أن الثلج كان يصدّر من لبنان الى مصر في أكياس مغطاة بالقش، على ظهور الجمال التي تعبر فلسطين وسيناء. ازدهرت هذه التجارة في عصر المماليك وربما في عصور أخرى أيضا. كما كانت تجارة الجليد معروفة في الامبراطورية الرومانية قبل نحو الفي سنة، حيث كان يجلب من جبال الأبنين العالية الى موائد أغنياء روما. وفي العصر الحديث راجت تجارة الثلج والجليد في امريكا بشكل خاص، فقد كان الجليد يؤخذ من سطوح البحيرات والبرك شتاء، في نيوانجلند (الساحل الشمالي الشرقي للولايات المتحدة) ويعزل داخل القش ليستخدم صيفا لحفظ الأغذية السريعة العطب، كالحليب.
واعتبارا من عام 1806 بدأت أمريكا بتصدير الجليد بالسفن الى مختلف أنحاء العالم، بما في ذلك الهند وهنكنغ في الصين واندونيسيا (من أجل متعة المستعمرين الإنجليز والهولنديين هناك)، وقدرت كمية الجليد الأمريكي المصدر عام 1880 بثمانية ملايين طن. ولم تنحسر هذه التجارة ثم تنتهي الا مع ظهور الثلاجة المنزلية في أواخر القرن التاسع عشر.
واليوم لا نكاد نتخيل بيتا في عصرنا هذا يمكنه أن يستغني عن الثلاجة أو البراد. فقد أصبح هذا الاختراع عنصرا أساسيا في تجهيزات كل منزل، عدا عن المطاعم والفنادق والمتاجر وغرف تبريد الأطعمة وفي الشاحنات والسفن المبردة وبرادات الماء (الكولر) الخ.
وتبدو الثلاجة كما نعرفها اليوم اختراعا مثاليا: فهي تعمل عدة سنوات دون حاجة للصيانة عادة، وهي رخيصة الثمن نسبيا، ويمكن التحكم بدرجة تبريدها، كما تحوي معظم الثلاجات جزءا خاصا بالتبريد الشديد أو التجليد (فريزر).
فما الداعي اذن للحديث عن بدء عهد جديد وطراز جديد من الثلاجات ؟ الواقع أن الثلاجة تعاني من بعض العيوب والسلبيات. فهي تعتبر غير صديقة للبيئة. والسببب الأول في ذلك هو أن نظام التبريد فيها يحتوي غازات الفريونات التي تعتبر مخربة لطبقة الأوزون المحيطة بالأرض. ونتذكر هنا الحملة الاعلامية المكثفة قبل بضع سنوات بهذا الشأن وتأثير ثقب الأوزون على مناخ الارض وعلى صحة البشر بسبب زيادة الأشعة فوق البنفسجية التي تخترق الغلاف الجوي عبر هذا الثقب.
وهناك سبب آخر مهم هو أن الثلاجة تستهلك الكثير من الطاقة ويقدر أنها لوحدها تمثل ثلث استهلاك المنزل من الكهرباء، وذلك نظرا لانخفاض كفاءتها في استغلال الطاقة والتي لا تزيد عن 40%. ولا ننسى أيضا الضجيج المنبعث عن محرك الثلاجة، وهو تلوث صوتي مزعج داخل البيت.
ثلاجة جديدة صديقة للبيئة
دفعت هذه الأسباب الباحثين للسعي نحو تطوير ثلاجة من نوع جديد: ثلاجة صديقة للبيئة ولا تستخدم غازات الفريونات، وتتميز بكفاءة استخدام أفضل للكهرباء. وكان المختبر الامريكي ايمس (Ames) هو الرائد في هذا المجال، بثلاجة تجريبية من نوع مختلف وذلك عام 2002 ، ومن ثم تلته عدة مراكز بحثية في العالم.
يقوم مبدأ عمل ثلاجة المستقبل هذه على ظاهرة التأثير المغنطيسي الحراري التي اكتشــــــــــــــــفها الألماني اميل فاربرغ (E. Warburg) عام 1881، والتي تنص على أن بعض المعادن تتغير درجة حرارتها عندما توضع ضمن مجال مغنطيسي. فاذا تمغنط المعدن، فان اضطراب أو تحرك الذرات يقل، فيبرد المعدن علما بان درجة حرارة الجسم تنتج عن حركة ذراته. وتنعكس هذه الظاهرة عندما تزول المغنطة من الجسم، فيسخن.
يتميز الحديد بأنه مادة مغنطيسية حرارية، لكن فرق درجة الحرارة بين الحالتين، المغنطة وزوالها، هو درجة سلسيوس واحدة عند استخدام مجال مغنطيسي قوي، وبالتالي فهو لا يصلح لاستغلاله في نظام تبريد. ولحسن الحظ فقد اكتشف الباحثون معدنا آخر، هو الغدولينيوم gadolinium، وهو من مجموعة تدعى ''العناصر الأرضية النادرة ''. وهو عنصر نادر بالفعل ولا يتجاوز انتاجه العالمي 400 طن سنويا - وهذا يفسر ارتفاع ثمنه.
عندما يعرض قضيب من هذا المعدن لمجال مغنطيسي قوي مقداره 2 تسلا، فان درجة حرارته تتغير بمقدار 4 درجات سلسيوس وقد اكتشفت هذه الخاصية قبل نحو عشر سنوات فقط. وكان ذلك في مختبر ايمس الأمريكي.وهذا الفرق يعتبر كافيا لاستغلاله في صنع ثلاجة من نوع جديد، هذه الثلاجة لن تحتوي أية غازات ضارة بالبيئة أو بطبقة الأوزون، كما أنها تستهلك طاقة أقل. لأن كفاءتها في التبريد عاليــة، نحو 60%، أي أكثر بمرة ونصف من كفاءة الثلاجة التقليدية. كما أن الغدولينيوم يعمل تحت ضغط عادي، فلا داعي لاستخدام محرك صوته مزعج كما في الثلاجة العادية.
وتعمل حاليا مؤسسات في عدة دول : أمريكا، فرنسا، اليابان، وسويسرا لتطوير الثلاجة المغنطيسية، والتي يتوقع أن تكون جاهزة خلال سنتين أو ثلاث. وقد توصل الفريق الأمريكي، بالفعل الى صنع نموذج ثلاجة قدرتها 120 واط وذات فعالية 49%.
تقنيات أخرى ممكنة
رغم أن التبريد المغنطيسي يعتبر تقنية واعدة، حسب ما يقول عفيف لبوك مدير المشروع في مدينة غرينوبل الفرنسية، اذ يتوقع التوصل لصنع ثلاجة ذات طاقة 100 واط، وبفرق 10 درجات سلسيوس، مما يجعلها مقاربة للثلاجة المنزلية الحالية في قدرتها وخواصها، الا أن هذه التقنية تعاني من مشكلة كبيرة، وهي ندرة معدن الغدولينيوم وارتفاع ثمنه، اذ يباع الكيلوغرام الواحد منه بنحو 450 يورو، كما أنه يلزم نحو 3 كغ منه للثلاجة الواحدة! وكان أحد البدائل التي اعتمدها الباحثون هو صنع سبائك، أي خليط من عدة عناصر. وقد نجح فريق من جامعة كمبرج البريطانية عام 2005 في الحصول على الظاهرة المغنطيسية الحرارية من سبيكة من الكوبلت والمنغنيز والسلكون والجرمانيوم.
ومن التقنيات البديلة الواعدة والمختلفة كليا، تلك التي تستغل ظاهرة التأثير الحراري للكهرباء. حيث يرسل تيار كهربائي في مادة شبه موصلة مثل تلور البزموث أو مواد مصنعة مثل المادة PVFTFE التي اكتشفت مؤخرا في الولايات المتحدة، والتي تتغير درجة حرارتها 12 س بتأثير المجال الكهربائي على درجة 70 س.
وأخيرا نشير الى امكانية استخدام الصوت للتبريد فالموجات الصوتية تنتشر عن طريق تضاغط الهواء وتخلخله، مما يغير درجة حرارته، لكن استغلال هذه الظاهرة يتطلب توليد صوت لا تقل شدته عن 150 دسيبل، أي مستوى الضجيج في حفل موسيقى صاخب.
للامانة منقوووول
