تصميم تقنيات التبريد الخارجية لتخزين المحاصيل وحفظها طازجة

تصميم تقنيات التبريد الخارجية لتخزين المحاصيل وحفظها طازجة
تصميم تقنيات التبريد الخارجية لتخزين المحاصيل وحفظها طازجة

تصميم تقنيات التبريد الخارجية لتخزين المحاصيل وحفظها طازجة

مشاكل المزارعين

بالنسبة للمزارعين أصحاب الحيازات الصغيرة الذين يعيشون في المناطق الحارة والجافة، فإن طرح المحاصيل الطازجة في الأسواق وبيعها بأفضل الأسعار هو عمل موازنة. إذا لم يتم بيع المحاصيل في وقت مبكر بما فيه الكفاية، فإنها تذبل أو تنضج بسرعة كبيرة في الحرارة. ويتعين على المزارعين بيعها بأسعار مخفضة. يعد بيع المنتجات في الصباح استراتيجية يستخدمها العديد من المزارعين للتغلب على الحرارة وضمان نضارتها. ولكن يؤدي ذلك إلى زيادة العرض والمنافسة في الأسواق ويقلل أيضًا من قيمة المنتج المباع. إذا استطاع المزارعون تبريد محاصيلهم – الحفاظ على درجات حرارة معتدلة لإبقائها طازجة لفترة أطول – فيمكنهم عندئذٍ إحضار منتجات طازجة عالية الجودة إلى أسواق فترة ما بعد الظهر وبيعها بأسعار أفضل. يمكن أن يسمح الوصول إلى التخزين البارد للمزارعين بحصاد المزيد من المنتجات قبل التوجه إلى الأسواق. مما يجعل هذه الرحلات أكثر كفاءة وربحية مع توسيع وصول المستهلكين إلى المنتجات الطازجة.

مختبر عبد اللطيف جميل

لسوء الحظ، يفتقر العديد من مجتمعات المزارعين أصحاب الحيازات الصغيرة إلى الوصول إلى موارد الطاقة اللازمة لدعم تقنيات حفظ الأغذية مثل التبريد. لمواجهة هذا التحدي، قام فريق بحثي في ​​معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتمويل من منحة أولية لعام 2019 من مختبر عبد اللطيف جميل لأنظمة المياه والغذاء (J-WAFS). بدمج الخبرة في الهندسة الميكانيكية، والهندسة المعمارية، وأنظمة الطاقة لتصميم وحدات تخزين تبريد خارج الشبكة بأسعار معقولة وحدات للمحاصيل القابلة للتلف.

يقود هذا الجهد ثلاثة محققين رئيسيين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: ليون جليكسمان، أستاذ تكنولوجيا البناء والهندسة الميكانيكية في قسم الهندسة المعمارية. دانيال فراي، الأستاذ في قسم الهندسة الميكانيكية. ومدير الكلية للبحوث في MIT D-Lab؛ وإريك فيربلوجن، مهندس أبحاث في MIT D-Lab. كما أنهم يتعاونون مع باحثين في جامعة نيروبي لدراسة تأثير العديد من تصاميم الغرف المختلفة على الأداء وسهولة الاستخدام في كينيا. وهم يتطلعون معًا إلى تطوير مرفق تخزين تعاوني واسع النطاق فعال من حيث التكلفة يستخدم خصائص التبريد التبخيري للمياه للحفاظ على المحاصيل طازجة لفترة أطول.

التبريد التبخيري

يتضمن التبريد التبخيري ديناميكيات الطاقة لتغير طور الماء من حالته السائلة إلى حالته الغازية. ببساطة عندما يتحرك الهواء الجاف عبر سطح مشبع مثل الحاوية المليئة بالماء، تمتص جزيئات الماء كمية كبيرة من الحرارة لأنها تتحول من سائل إلى غا ، مما يؤدي إلى تبريد الهواء المحيط. التبريد التبخيري ليس مفهومًا جديدًا. كان الناس يستفيدون من خاصية المياه هذه لتبريد المباني والحفاظ على المحاصيل طازجة لآلاف السنين.

اليوم في العديد من المناطق القاحلة ، يستخدم الناس نظام الأواني الفخارية المزدوجة لتسخير عملية التبريد بالتبخير لإطالة نضارة الفاكهة والخضروات. يُعرف باسم مبرد وعاء في وعاء أو وعاء Zeer، تمتلئ المساحة بين وعاء خزفي أكبر وأصغر بالرمل وتبقى رطبة. عندما يتبخر الماء من خلال جدران الوعاء، فإنه يقلل من درجة حرارة الغرفة الداخلية.

ومع ذلك، في حين أن مبردات الأواني الفخارية يمكن أن تكون فعالة للاستخدام المنزلي الفردي. إلا أنها محدودة بسعة التخزين الخاصة بها. توجد بعض استراتيجيات تخزين المنتجات على نطاق واسع والتي تستخدم التبريد التبخيري وهي قيد الاستخدام في كينيا ودول أخرى ومناطق قاحلة. في الواقع، ركز Verploegen أبحاثه في MIT D-Lab على تقنيات التبريد التبخيري منذ عام 2016. مما أدى إلى إنتاج العديد من التصميمات حاليًا في المرحلة التجريبية.

ومع ذلك، لا يزال الحجم يمثل تحديًا. يوجد اليوم عدد قليل من التصميمات الكبيرة بما يكفي لتخزين عدة أطنان مترية من المنتجات بشكل فعال. والتي تلبي معايير مهمة مثل سهولة البناء وجودة الأداء والقدرة على تحمل التكاليف، والتي من شأنها أن تلبي احتياجات التخزين للمحاصيل الكبيرة أو مجموعات المزارعين. توجد تصميمات للتبريد الميكانيكي الذي يعمل بالطاقة الشمسية. ومع ذلك، فإن التكاليف المرتبطة بالطاقة وتنفيذ وصيانة هذه الوحدات باهظة للعديد من المزارعين أصحاب الحيازات الصغيرة حول العالم. بالتعاون مع Frey و Gliskman لهذا الجهد الممول من J-WAFS ، تهدف المجموعة إلى معالجة هذا النقص في الوصول. “بالنسبة لنا، أصبحت الأسئلة،” كيف يمكننا توسيع نطاق تقنيات التبريد التبخيري وتحسين الطرق الحالية التي يستخدمها الناس منذ قرون؟ ” مع وضع ذلك في الاعتبار، شرع الفريق في إيجاد حل.

الاستدامة كتصميم من خلال الخط

في البداية كان تركيز الفريق على تحسين أداء تقنيات غرف التبريد الحالية. يقول Verploegen: “لقد عملنا مع أشخاص محليين [في كينيا] وقمنا ببناء بعض التصاميم الأكثر تقليدية التي تستخدم الفحم”. “ومع ذلك، فإن ما وجدناه هو أن هذه الجهود كانت كثيفة العمالة وتستغرق وقتًا طويلاً وغير قابلة للتكرار بشكل عام”. بناءً على بحث المستخدم المستمر الذي أجرته فرق في جامعة نيروبي و MIT D-Lab، كان الباحثون يستكشفون أنواعًا مختلفة من المواد للهيكل، واستقروا على حاويات الشحن كأساس للغرفة.

كما اتضح ، فإن ارتفاع وعرض حاوية الشحن يلبي مواصفات أبعاد متطلبات المستخدمين. بالإضافة إلى ذلك ، يوفر استخدام حاويات الشحن الفرصة لتحديث المواد المستخدمة الموجودة. تعترف Verploegen بقولها “إنني دائمًا أتحقق من الأماكن التي تتوفر فيها حاويات الشحن المستخدمة وأتحقق من الأسعار في مختلف البلدان لمعرفة نموذج التكلفة الخاص بنا”. لذلك، في تصميمهم الحالي قاموا بتعديل حاوية شحن بجدار عازل مزدوج الطبقات. ومروحة تعمل بالطاقة الشمسية لإجبار الهواء عبر مصفوفة مركزية للوسادات الرطبة. وصناديق تخزين داخلية مرتبة لزيادة معدلات الحمل الحراري والتبريد وسهولة الاستخدام.

تم إعداد هذا التصميم من خلال العديد من النماذج التحليلية التي يواصل فريق البحث تطويرها. تقوم النماذج بتقييم تأثير مواد التبريد التبخيري المختلفة، وترتيبات صناديق تخزين المنتجات، ومواد العزل الخارجية على كفاءة ووظيفة غرفة التبريد. تساعد هذه النماذج في زيادة قدرات التبريد إلى أقصى حد مع تقليل استخدام المياه والطاقة، وكذلك اتخاذ قرارات مدروسة بشأن خيارات المواد.

كان أحد هذه القرارات هو الانتقال بعيدًا عن الفحم المبلل كوسيط تبريد تبخيري. يشيع استخدام الفحم كمواد غشاء تبريد. لكن إطلاق ثاني أكسيد الكربون أثناء عملية معالجة الحرق والتأثيرات البيئية السلبية اللاحقة جعلته أقل جاذبية للفريق. حاليًا، يقومون بتجربة ألياف الحور الرجراج النباتية ومنصات السليلوز المموجة، والتي تعد حلاً فعالاً من حيث التكلفة ومستدامًا بيئيًا. أخيرًا، قام الفريق بتركيب نظام تحكم إلكتروني يعمل بالطاقة الشمسية يسمح للمزارعين بأتمتة مروحة الغرفة ومضخات المياه، مما يزيد من الكفاءة ويقلل من متطلبات الصيانة.

التعاون في الخارج

من الأهمية بمكان لتطوير مشروع البحث التعاون مع الباحثين في جامعة نيروبي (UON) في كينيا. البروفيسور جين أمبوكو، البستاني الرائد في UON في قسم علوم النبات وحماية المحاصيل، على دراية جيدة بتقنيات ما بعد الحصاد. بالإضافة إلى معرفتها الخبيرة في فسيولوجيا المحاصيل وتأثيرات التبريد على المنتجات. ترتبط Ambuko. ارتباطًا وثيقًا بالمجتمع الزراعي الكيني المحلي وقد قدمت للفريق مقدمات مهمة للمزارعين المحليين الراغبين في اختبار نماذج غرفة الفريق. تمكن متعاون آخر، Duncan Mbuge. وهو مهندس زراعي في قسم هندسة النظم البيئية والبيئية في جامعة UON. من تقديم نظرة ثاقبة على التصميم والبناء واختيار المواد لغرف التبريد.

تضمن المشروع أيضًا تبادلًا بين طلاب MIT D-Lab و UON، وقد فتح هذا التعاون طرقًا إضافية لكلا المؤسستين للعمل معًا. يقول مبوجي: “كان تبادل الأفكار [مع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا] مفيدًا للطرفين، والنتيجة النهائية كانت تحسنًا عامًا في التكنولوجيا.” واصل الأستاذان، جنبًا إلى جنب مع طلابهم الباحثين، مراقبة وإدارة الهيكل التجريبي الذي تم بناؤه في كينيا. ويضيف أمبوكو: “معًا، مع خبرة فريق MIT، نكمل بعضنا البعض”.

يقول Verploegen: “يتمتع الباحثون في UON بتاريخ كامل ومعرفة مؤسسية بالتحديات التي واجهتها التصاميم التي تم تجربتها سابقًا في سياقات العالم الحقيقي”. مضيفًا أن هذا كان ضروريًا لنقل تصاميم MIT من المفهوم إلى التطبيق. لعب المزارعون أيضًا دورًا رئيسيًا في تشكيل تصميم وتنفيذ هذه التكنولوجيا. وفقًا لنموذج D-Lab، عملت فرق البحث MIT و UON معًا. لإجراء عدد من المقابلات ومجموعات التركيز في المجتمعات الزراعية من أجل التعلم مباشرة من المستخدمين حول احتياجاتهم. يمتلك المزارعون في هذه المجتمعات أفكارًا مهمة حول كيفية تصميم غرفة تبريد عملية وفعالة مناسبة للاستخدام من قبل التعاونيات الزراعية. نظرًا لأنه سيكون لديه أكثر من مستخدم واحد، فقد طلب المزارعون ترتيب تكديس الصناديق الذي سيسمح بإدارة المخزون بسهولة. أشار المزارعون إلى الفوائد الإضافية لغرف التبريد التبخيري. يوضح فراي: “لقد قيل لنا أن هذه الحاويات يمكن أن توفر أيضًا حماية خاصة من القوارض، وقد تبين أنها مهمة جدًا للمزارعين الذين نعمل معهم”.

التأثيرات المحتملة

بشكل عام ، تشير نماذج الفريق إلى أن حاوية الشحن القياسية التي يبلغ طولها 40 قدمًا. والمجهزة كمبرد تبخيري ستكون قادرة على تخزين ما بين 6500 و 8000 كيلوجرام من المنتجات. من المحتمل أن تتراوح تكلفة بناء الغرفة بين 7000 و 8000 دولار. والتي، مقارنة بخيارات التبريد الميكانيكي ذات الحجم المماثل، توفر تخفيضًا بنسبة 50 في المائة في التكلفة، مما يجعل هذا التصميم الجديد مربحًا للغاية للتعاونيات الزراعية. تتمثل إحدى الطرق التي يحافظ بها الفريق على انخفاض تكاليف الإنتاج في استخدام المواد المحلية واستراتيجية التصنيع المركزية. يقول Verploegen: “نحن نعتقد أن بناء تقنية بهذا الحجم والتعقيد مركزيًا ثم توزيعها محليًا هو أفضل طريقة لجعلها في متناول هذه المجتمعات وبأسعار معقولة”.

الفوائد

هناك العديد من الفوائد لجعل التقنيات في متناول أعضاء مجتمعات معينة وقابلة للتكرار. التطوير التعاوني هو حجر الزاوية في عمل D-Lab، والأكاديميين وبرنامج البحث الذي يشكل Verploegen و Frey جزءًا منه. يقول فراي: “في D-Lab، نحن مهتمون بزرع فكرة أن مشاركة المجتمع أمر بالغ الأهمية من أجل تكييف الحلول التكنولوجية مع احتياجات الناس وتعظيم استخدامهم للحل الناتج”. في حين أنه من المتوقع أن يؤدي التركيز على الإبداع المشترك إلى شراء المجتمع لحل التبريد الخاص بهم. فإن التصنيع المركزي وبناء الحاويات هو استراتيجية إضافية تهدف إلى ضمان إمكانية الوصول إلى التكنولوجيا والقدرة على تحمل تكاليفها للمجتمعات التي تهدف إلى خدمتها.

بينما تم تطوير التصميم الحالي للمزارعين بالقرب من نيروبي في كينيا، يمكن نشر أجهزة التبريد التبخيري هذه في مجموعة من المناطق الأخرى في كينيا. بالإضافة إلى أجزاء من غرب إفريقيا ومناطق غرب الهند مثل راجستان وجوجارات. تقوم Verploegen ، التي تقود أيضًا جهودًا ذات صلة بتمويل من J-WAFS بشأن التبريد بالتبخير من خلال منحة J-WAFS لمشاريع المياه والغذاء في الهند. بتطوير تصاميم لتخزين المحاصيل للمزارع في غرب الهند. ويقول إن “حجم الحاجة هو ما يحدد نوع تقنية التبريد التبخيري التي قد يحتاجها المجتمع.” يركز عمله في الهند على المساعدة في نشر التقنيات الأصغر والمبنية في الموقع حيث سيتم استخدامها ، باستخدام الطوب والرمل. كما أنه “يساعد في جعلها أكثر كفاءة وتحسين التصميم ليلائم الاحتياجات المحلية على أفضل وجه”.

هدف فريق البحث

في النهاية، هدف فريق البحث هو جعل غرفة التبريد التبخيري شيئًا تستخدمه المجتمعات الزراعية المحلية وتستفيد منه باستمرار. للقيام بذلك، يتعين عليهم “التوصل ليس فقط إلى حل معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ولكن الحل الذي يجده الناس على الأرض هو الأفضل لهم”، كما يقول جليكسمان. إنهم يأملون ألا تساعد هذه التكنولوجيا المنتجين اقتصاديًا فحسب. بل ستمكن أيضًا من تخزين الأغذية على نطاق واسع وقدرات الحفظ، مما يسمح بوصول أفضل للسكان إلى المنتجات الطازجة.

يمكن قراءة المزيد من الابتكارات والاختراعات المختلفة من خلال الضغط هنا

للاطلاع على المزيد من المواضيع وأبرز المقالات عبر موقع سجلات الأردن اضغط هنا

زر الذهاب إلى الأعلى
Ads Blocker Image Powered by Code Help Pro

Ads Blocker Detected!!!

يبدو أنك تستخدم أداة لحظر الإعلانات. نحن نعتمد على الإعلانات كمصدر تمويل لموقعنا الإلكتروني.

Powered By
100% Free SEO Tools - Tool Kits PRO

أنت تستخدم أداة مانع الإعلانات

نحن نحاول تقديم المحتوى الأفضل لك ، وحجب الإعلانات من قبلك لا يساعدنا على الإستمرار ، شكراً لتفهمك ، وعذراً على الإزعاج