أنفاق الصرف الصحي من بين طرق مبتكرة لتدفئة المنازل

تدفئة المنازل قد لا تسهم في زيادة انبعاثات الكربون مصدر الصورة Getty Images
Image caption تدفئة المنازل قد لا تسهم في زيادة انبعاثات الكربون

في إحدى أيام الشتاء المطيرة في بروكسل، انهمرت المياه داخل أنفاق الصرف الصحي، واختلطت مياه الأمطار مع مياه الصرف الصحي. لكن كثافة هذه المياه ودرجة حرارتها كانتا من الأمور التي أثارت اهتمام خبراء الطاقة في المدينة.

إذ لاحظ أوليفيير برويرز، رئيس الاستثمارات بشركة "فيفاكوا" للمياه بالمدينة، هذا المصدر الخامد للحرارة قبل 20 عاما، حين كان يشارك في أعمال تجديد أنفاق الصرف الصحي. ويقول إن درجة الحرارة في الخارج كانت في بعض الأيام تحت الصفر وكان الجليد يغطي شوارع المدينة، لكن درجة الحرارة داخل نظام الصرف الصحي كانت تتراوح ما بين 12 و15 درجة مئوية.

ويحاول الخبراء الاستفادة من هذه الحرارة المهدرة في الأنفاق واستخدامها في تدفئة المنازل بالمدينة، على أمل الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

ولا تزال أنظمة التدفئة الأكثر شيوعا، مثل المدافئ التي تعمل بالغاز ومدافئ الحطب، تعتمد على حرق الوقود الأحفوري الذي يتسبب في إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الجو ويسهم في ظاهرة الاحترار العالمي.

لكن ثمة طرق بديلة لتدفئة المنازل لا تعتمد على الوقود الأحفوري، بعضها قديم وبعضها حديث يعتمد على مصادر الحرارة البديلة، كمياه الصرف الصحي وأشعة الشمس، وهذه الطرق تؤدي الغرض ذاته، وفي نفس الوقت تحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

مصدر الصورة Getty Images
Image caption اكتشف الخبراء إمكانية استغلال مياه الصرف الصحي لتوليد الطاقة منخفضة الكربون لاستخدامها في تدفئة المنازل

أنفاق الصرف الصحي

تشير التقارير إلى أن نحو 14 في المئة من انبعاثات الغازات المسببة للاحتباس الحراري في بلجيكا مصدرها أنظمة تدفئة المنازل. وتفقد بلجيكا كميات هائلة من الطاقة الحرارية غير المستغلة في مجاري الصرف الصحي. ولهذا طور برويرز نموذجا أوليا لأنبوب يطلق عليه اسم مبادل حراري، والذي يمكن تركيبه في مجاري الصرف الصحي.

وتتصل هذه المبادلات الحرارية، وهي عبارة عن أنبوب بلاستيكي مملوء بالمياه، بمضخة حرارية على الأرض. وعندما يمتلئ النفق بمياه الصرف الصحي، تمر عبر المبادل الحراري ليسخّن بدوره المياه المحتجزة داخله حتى درجة حرارة تتراوح بين 11 و13 درجة مئوية قبل أن تخرج إلى المضخة.

وتكفي هذه الحرارة لتبخير سائل التبريد داخل المضخة الحرارية وتحويله إلى غاز. ثم تضغط المضخة الحرارية هذا الغاز حتى يتكثف ويطلق حرارة تدفئ المياه حتى 50 إلى 70 درجة مئوية، أي تكون ساخنة بما يكفي لتدفئة المنازل.

غير أن سوائل التبريد في مضخة الهواء، كما في أجهزة التكييف في المنازل، قد تصبح مصدرا لغازات الاحتباس الحراري في حال تسربها، فضلا عن أن المضخة تعتمد على الكهرباء. ولهذا فإن هذا النظام سيظل مصدرا لانبعاثات الكربون ما لم يعتمد على الطاقة المتجددة.

لكن برويرز يقول إن هذا النظام ينتج من الطاقة أضعاف ما يستهلكه بنحو خمسة أو ستة أمثال، ويقدر كمية انبعاثات ثاني أكسيد الكربون التي قد يوفرها 20 كيلومترا من الأنابيب المزودة بالمبادلات الحرارية بنحو 26 ألف طن سنويا.

لكن خرائط مدينة بروكسل تكشف عن مدى التفاوت في أحجام أنفاق الصرف الصحي، في ظل وجود تفاوت شبيه في مدى اتساع الشوارع والطرق والقنوات المائية. ولا تنتج بعض الأنفاق الحرارة التي تكفي لتدفئة المنازل. وقد أشار تحليل لجامعة بروكسل الحرة إلى أن هذا النظام قد يمد 35 في المئة من المدينة بالطاقة الحرارية المتجددة.

وتدرس مدن أخرى حول العالم إمكانية استخلاص الحرارة من مجاري الصرف الصحي، مثل بلدة أمستيتن في النمسا وغلاسكو في المملكة المتحدة وروتردام في هولندا.

مصدر الصورة Getty Images
Image caption أقيمت على ضفاف قناة لايمهاوس كات في لندن، الكثير من المباني الموفرة للطاقة، لكن المنازل الأقدم غير موفرة للطاقة قط

ويقال إن أقدم نظام لتدفئة المنازل بأساليب طبيعية هو "أوندول" الذي يستخدمه الكوريون منذ خمسة آلاف سنة، ويعتمد هذا النظام على نقل الدخان المنبعث من قنوات تحت الأرض لنقل الحرارة من المدافئ والأفران لتدفئة الغرف بالمنازل.

وكانت منازل الرومان قديما تتضمن مساحات فارغة تحت الأرض تضم عواميد صغيرة يوجه إليها الهواء الساخن المنبعث من الفرن في الطابق السفلي لتدفئة الأرضيات.

ويوزع نظام "أوندول" الحرارة من مصدر واحد إلى أرجاء المنزل وفقا للمبدأ القائل إن الهواء الدافئ والأقل كثافة يصعد لأعلى. ويحاول مهندسون معماريون في شرق لندن الاستفادة من نفس المبدأ، بحيث يستخدمون الحرارة الصاعدة لأعلى ويوجهونها إلى الغرف.

وعلى ضفاف قناة لايمهاوس كات - وهي واحدة من أقدم القنوات في المدينة كانت تستخدم لنقل الفضلات التي يغلب عليها رماد الفحم الناتج عن تدفئة المنازل - أقيمت مبان جديدة لا يزال أكثرها يعتمد على أنظمة التدفئة بالغاز التي تسهم بنصيب كبير في انبعاثات الكربون في المملكة المتحدة.

وقد اختارت مجموعة الإسكان الجنوبي وشركة "بيري أركيتكتس" للتصميمات المعمارية المستدامة في عام 2009 واحدا من هذه المنازل لتجربة تجهيز منزل قديم بأنظمة وإمكانيات حديثة للطاقة. وقد أصبح هذا المنزل، الذي تمتلكه عائلة سيف محمد، من أكثر المنازل في لندن توفيرا للطاقة وأقلها إضرارا بالبيئة.

ولا يوجد في المنزل الذي يخلو من المدافئ، أي أثر لنظام التدفئة المتطور باستثناء فتحات صغيرة للتهوية في قمة الجدران في كل غرفة.

ويعتمد هذا النظام على جهاز تجديد الهواء الذي وُضع في غرفة التخزين العلوية. ويعادل حجم هذا الجهاز حجم غسالة الأطباق، وتنبثق منه أنابيب كأذرع الأخطبوط تنحني لأسفل وتمر عبر الأرضيات والجدران، فيما عدا ذراعين يتصلان بالسقف.

ويستخلص الجهاز الهواء الدافئ الصاعد لأعلى من خلال أنابيب في الحمامات والمطبخ، ثم ينقل الهواء النقي الدافئ إلى غرف المعيشة وغرف النوم.

مصدر الصورة Laura Cole
Image caption يشارك سيف محمد في تجربة لنظام تدفئة مصمم لإعادة تدوير الهواء الدافئ الصاعد من داخل المنزل ونقله إلى الغرف التي تحتاج لتدفئة

وأراني محمد درجا يتضمن مرشحات لتنقية الهواء المسحوب من الخارج. وقد تحتاج هذه المرشحات للتغيير كل ثلاثة أشهر بحسب جودة الهواء في الخارج.

غير أن جهاز تجديد الهواء بمفرده عديم الفائدة من دون تطبيقات العزل الحراري. إذ كان المنزل قبل اتخاذ خطوات العزل الحراري باردا ويصعب تدفئته. ويقول محمد إن تركيب الزجاج العازل المكون من ثلاث طبقات منع على الفور تراكم بخار الماء المتكثف على الزجاج.

ويقول جاستين بيري، المهندس المعماري الذي قاد عملية تجديد المنزل، إنه لن يجدي تركيب مصادر للطاقة صديقة للبيئة ما دمنا نفقد الحرارة خلال الجدران والنوافذ. وقد تكشف صورة حرارية لمنزل محمد عن مدى احتفاظه بالطاقة مقارنة بمنازل الجيران التي بدا لونها برتقالي اللون، أو أصفر اللون.

حجز حرارة الشمس

وفي بعض المدن التي لا تنعم بقدر كبير من أشعة الشمس، قد تسهم بعض التعديلات في تصميمات المباني في تحقيق الاستفادة القصوى من أشعة الشمس.

وابتكر مهندسون وخبراء طاقة من بروكسل طريقة لتجربة أساليب الكسب الحراري أو امتصاص أكبر قدر من الحرارة. ففي عام 2018، أثناء عملية تجديد عمارة سكنية من سبعة طوابق، صمم المهندسون شرفات خشبية بزوايا مائلة لأعلى.

مصدر الصورة A2M architects
Image caption قد تسهم الشرفات المصممة بزوايا مائلة في رفع درجات الحرارة الداخلية بضع درجات مئوية

وتسمح ألواح الشرفات المائلة لأعلى لأشعة الشمس بالنفاذ عبر النوافذ في فصل الشتاء حين تكون الشمس أكثر انخفاضا في السماء، وتوفر أيضا الظل في فصل الصيف. وتمتص هذه الشرفات أشعة الشمس وتمنع انتقالها للخارج لرفع درجات الحرارة بضع درجات داخل المنزل شتاء، وتخفيضها بضع درجات صيفا.

وبما أن ارتفاع الشمس في السماء يتفاوت من مكان لآخر، فإن زوايا الظل في المنازل في خطوط العرض العليا تختلف عنها في المنازل التي تقع في دولة بالقرب من خط الاستواء. ولهذا تصمم زوايا كل مبنى بحسب موقعه على الكرة الأرضية. ولحسن الحظ، طورت برامج حاسوب للمساعدة في حساب مقدار الحرارة المكتسبة لتحسين القدرة على الاستفادة من أشعة الشمس.

ومنذ خمس سنوات، صدر قانون في بروكسل يقضي بتطبيق معايير كفاءة الطاقة على المباني التي يجري بناؤها أو تجديدها بغية الحد من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون.

وحذت لوكسمبرغ أيضا حذو بروكسل، وطبقت قانون مشابه في عام 2017، وتبحث مدن عديدة، مثل فانكوفر، عن سبل جديدة لتصميم المباني تساعد في تخفيض انبعاثات الكربون.

ولعل هذه التصميمات والأنظمة المتطورة ترتكز على إدخال تعديلات في أنظمة التدفئة التقليدية للاستفادة من مصادر الطاقة في البيئة المحيطة، سواء عن طريق سحب الحرارة من مجاري الصرف الصحي أو تصميم المباني بحسب زوايا ميل أشعة الشمس في السماء.

والخلاصة أنه من الممكن إعادة تصميم أنظمة التدفئة للحد من الأضرار البيئية وتحقيق أقصى استفادة من البيئة.

يمكنك قراءة الموضوع الأصلي على موقع BBC Future

المزيد حول هذه القصة