يسهم الاستهلاك العالمي للوقود الأحفوري، بما فيه الديزل والبنزين، إسهامًا كبيرًا في الانبعاثات الملوثة للهواء، ويعد فهم نسب الانبعاثات وأنواعها فهمًا دقيقًا شرطًا لأي سياسة فعالة للحد منها، وتتفاقم هذه الانبعاثات في المدن المزدحمة حيث تتركز آثارها الصحية على الجهازين التنفسي والقلبي
وتبرز الطاقات البديلة، كمزج الهيدروجين بالبنزين، خيارًا واعدًا لتخفيف الانبعاثات في قطاعات كالنقل والطاقة، إذ يحسن المزج عملية الاحتراق داخل المحركات، غير أنه يستلزم دراسة سلوك المحرك وبصمته الكربونية بأدوات قياس دقيقة ومنخفضة الكلفة
وتواجه أنظمة رصد الانبعاثات التقليدية تحديات الكلفة المرتفعة والتعقيد التشغيلي، ما يحد من انتشارها في الدول النامية ومؤسسات البحث محدودة الموارد، ومن هنا تنبع قيمة الحلول الموزعة منخفضة الكلفة التي تتيحها تقنيات إنترنت الأشياء والمجسات الحديثة
أولًا: أهداف الدراسة ومنهجيتها
هدفت الدراسة إلى تصميم شبكة مجسات منخفضة الكلفة لرصد انبعاثات الاحتراق وتوفير بيانات يعتمد عليها للمقارنة الإحصائية بين المركبات، ضمن نظام موزع لإنترنت الأشياء يتابع الغازات المنبعثة من مركبات تستخدم أنواعًا من الوقود الممزوج
يقوم النظام على برمجيتين متزامنتين بنمط العميل والخادم، تعمل أولاهما على لوحة تطوير إنترنت الأشياء إي إس بي 32 وتتصل بالمجسات عبر بروتوكول إي إس بي ناو لرصد بيانات الغازات وجمعها ثم إرسالها لاسلكيًا إلى خادم الويب، بينما توفر الثانية واجهة سهلة الاستخدام للتحكم في البيانات وعرضها من محطة أرضية
وصُمم النظام ليكون متزامنًا بين طرفيه، بحيث تتدفق البيانات من المجسات المتنقلة على المركبة إلى الخادم لحظة جمعها، وتُعرض في واجهة رسومية تتيح للباحثين متابعة تراكيز الغازات عبر الزمن ومقارنتها بين أنواع الوقود وظروف التشغيل المختلفة
كما روعي في التصميم أن تكون الشبكة قابلة للتوسع بإضافة مجسات ومركبات جديدة دون إعادة بناء النظام، وأن تحتفظ البيانات بترتيبها الزمني الدقيق بما يسمح بربط كل قراءة بموقعها اللحظي في المسار التجريبي
ثانيًا: أبرز النتائج
اختبر النظام عمليًا بمقارنة وقودين عبر مسار واحد ثابت، وجاءت النتائج على النحو الآتي
1- استُخدم بنزين مكسيكي نقي بنسبة 100 في المئة بوصفه وقودًا مرجعيًا، وقورن بمزائج من الهيدروجين والبنزين أنتجها خلية هيدروجين بتركيز إلكتروليت بلغ 0.0211 مليلتر لكل غالون بما يعادل 80 مليلترًا
2- سارت مركبة واحدة على المسار ذاته بسرعة تراوحت بين 40 و60 كيلومترًا في الساعة، وجُمعت البيانات كل 30 ثانية عبر ثلاث محاولات تجريبية متكاملة
3- حقق وقود المزج الهيدروجيني خفضًا متوسطًا بلغ 5 في المئة في انبعاثات أول أكسيد الكربون و10 في المئة في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون مقارنة بالبنزين النقي
4- تثبت هذه النسب أن مزج الهيدروجين بالبنزين يحسن اكتمال عملية الاحتراق داخل المحرك، فينخفض ناتج الاحتراق الناقص المتمثل في أول أكسيد الكربون كما ينخفض إجمالي الكربون المنبعث ممثلًا في ثاني أكسيد الكربون
ثالثًا: دلالات الدراسة وتطبيقاتها
تثبت الدراسة جدوى بناء أنظمة رصد موزعة منخفضة الكلفة لانبعاثات المركبات اعتمادًا على إنترنت الأشياء، وتقدم أداة عملية للباحثين والجهات الرقابية لجمع بيانات انبعاثات ميدانية قابلة للمقارنة الإحصائية دون الحاجة إلى مختبرات انبعاثات باهظة
وتدعم النتائج التوجه نحو مزائج الهيدروجين والبنزين بوصفها خطوة انتقالية عملية لخفض انبعاثات أساطيل النقل القائمة دون استبدال محركاتها، مع ما يستلزمه ذلك من دراسات أوسع على مركبات ومسارات وظروف تشغيل متنوعة للتحقق من استدامة الخفض، وتظل قابلية تعميم النتائج محدودة باقتصار الاختبار على مركبة واحدة، وهو ما يجعل توسيع العينة التجريبية أولوية بحثية لاحقة
كما تفتح منظومات الرصد الموزعة من هذا النوع الباب أمام بناء قواعد بيانات مفتوحة للانبعاثات تسهم فيها الجامعات والبلديات والهواة المنظمون، بما يعزز الشفافية البيئية ويضغط باتجاه وقود ومركبات أنظف في الأسواق المحلية
وخلاصة القول إن النظام الموزع المقترح يجمع بين انخفاض الكلفة ودقة الرصد اللاسلكي المتزامن، ويثبت عمليًا أن وقود الهيدروجين الممزوج بالبنزين يخفض انبعاثات أول أكسيد الكربون وثاني أكسيد الكربون بنسب ملموسة، بما يفتح الباب أمام حلول رصد ووقود أنظف في آن واحد
المصدر الأصلي: https://www.mdpi.com/2071-1050/17/3/1153
DOI: 10.3390/su17031153