Sharjah, UAE. April 19, 2023–As part of American University of Sharjah’s (AUS) ongoing focus on energy and sustainability, a collaborative research team at AUS is working on designing thermal energy storage systems that will assist in the transition to renewable energy.
“Due to environmental concerns, the world is shifting from fossil fuels towards more renewable energy sources, but unlike fossil fuels, which can be used to produce energy when required, solar and wind energy have variable supply, which makes energy storage a critical component in the transition towards clean energy. Recent improvements in battery technology have advanced energy storage capacity, but batteries also have their own issues in relation to safety and the relative scarcity of materials used in their production. This is why it is essential to use a mixture of other energy storage solutions to complement the use of batteries,” said Dr. Paul Nancarrow, Professor in Chemical and Biological Engineering and lead researcher.
The team’s focus is on ionic liquid technology, which are salts that can melt at room temperature and turn into liquid. Their wide range of applications are being studied in AUS labs, including thermal energy storage.
“There are theoretically millions of different ionic liquids that can be synthesized in the laboratory, each with different properties. However, lab synthesis is time consuming and costly. To overcome this problem, we were successful in developing several new data-driven predictive models to help us narrow the selection of optimal ionic liquid structures to synthesize and test and design new classes of ionic liquids to be used as energy storage systems,” Dr. Nancarrow said.
The work involves designing ionic liquids as phase change materials, which absorb and store energy when they melt at a particular temperature matched to the application, and release the energy again when the temperature drops and they cool and solidify. They can be incorporated into buildings, industrial facilities, electronic devices and clothing to help control temperature, store energy and reduce energy needs. For example, phase change materials that melt at room temperature can be incorporated into building walls to keep the building cool during hot days and warm during cool nights, maintaining a constant temperature and reducing the building’s heating and cooling energy requirements.
“The current systems have many problems that limit their applications including corrosion, loss of efficiency over time, loss by evaporation, degradation and large thermal expansion. What we are working on is designing ionic liquids with optimal properties for various applications to overcome these issues and provide an additional energy storage solution to reduce energy consumption and complement renewable energy production. This will help lead to a faster introduction of clean energy and reduce fossil fuel consumption on the global scale. Our next step in our research is to incorporate the optimized ionic liquid into solar energy systems and analyze the improvement in efficiency that can be achieved,” said Dr. Nancarrow.
The collaborative research involved AUS graduate and undergraduate students Samira Zeinab, Mohammad Tajiki and Mohammed Shahin and research associates Shehzad Liaqat, Sarika Regunadh and Dhruve Mital. It also involved professors Dr. Taleb Ibrahim and Dr. Nabil Abdel Jabbar from the Department of Chemical and Biological Engineering; and Dr. Mustafa Khamis, Professor in the Department of Biology, Chemistry and Environmental Sciences. It also involves collaboration with the Solar Energy Applications Group in Trinity College Dublin. The research work was carried out in the labs of the AUS College of Engineering (CEN), with partners at the Trinity College Dublin conducting tests on novel ionic liquids to improve the efficiency of solar energy systems.
With a reputation as one of the region’s most sustainable universities, AUS has made sustainability a main area of focus in its academic research and operations. It has been invited by the UAE Climate Envoy to COP28 to be a part of the COP28 University Taskforce, allowing representatives from AUS to inform key debates on climate change. AUS has also been ranked by the Association for the Advancement of Sustainability in Higher Education (AASHE) as one of the top five institutions worldwide for community engagement in sustainability, according to AASHE’s 2022 Sustainable Campus Index. In addition, AUS was the first university in the MENA region to achieve an AASHE STARS sustainability ranking.
The university’s chemical and biological engineering program occupies a unique position at the interface between molecular sciences and engineering, linking with the basic subjects of chemistry, mathematics, physics and biology. It offers unparalleled opportunities to design, develop and operate industrial processes that make great contributions to the technological infrastructure ofفريق بحثي في أمريكية الشارقة يصمم أنظمة تخزين للطاقة الحرارية لدعم مستقبل أكثر استدامة
الشارقة، الإمارات العربية المتحدة، 19 أبريل 2023— ضمن تركيز الجامعة الأمريكية في الشارقة المستمر على أبحاث الطاقة والاستدامة، يعمل فريق بحثي تعاوني في الجامعة الأمريكية في الشارقة على تصميم أنظمة تخزين للطاقة الحرارية تيسر عملية الانتقال لاستخدام الطاقة المتجددة.
شرح الدكتور بول نانكارو، أستاذ الهندسة الكيميائية والبيولوجية والباحث الرئيسي، قائلاً: "صار العالم اليوم في ظل المخاوف البيئية يبحث عن سبل للتحول من الوقود الأحفوري إلى المزيد من مصادر الطاقة المتجددة، إلا أن إمدادات الطاقة الشمسية والطاقة المتولدة من الرياح متغيرة، وهي على عكس الوقود الأحفوري، لا يمكن انتاجها فورًا عند الحاجة، مما يجعل عملية تخزين الطاقة عاملاً مهمًا وأساسيًا عند الانتقال لاستخدام الطاقة النظيفة. وصحيح أن التحسينات الأخيرة التي طرأت في تكنولوجيا البطاريات زادت من سعة تخزين الطاقة، إلا أن البطاريات أيضًا لها مشكلاتها الخاصة فيما يتعلق بالسلامة والندرة النسبية للمواد المستخدمة في إنتاجها. وهو ما جعل من الضروري استخدام مزيج من حلول تخزين الطاقة الأخرى لتكون مكملة لاستخدامات البطاريات".
ويركز الفريق على تكنولوجيا السوائل الأيونية، والتي هي أملاح يمكن أن تذوب عند درجة حرارة الغرفة وتتحول إلى سائل، وقد تمت دراسة تطبيقات هذه التكنولوجيا واستخداماتها على نطاق واسع في مختبرات الجامعة، بما في ذلك تخزين الطاقة الحرارية.
قال الدكتور نانكارو: "من الناحية النظرية، هناك الملايين من السوائل الأيونية المختلفة التي يمكن تصنيعها في المختبر، والتي لكل منها خصائصها. ولكن التصنيع المختبري يستغرق وقتًا طويلاً ومكلفًا. لذلك، وحتى نتغلب على هذه المشكلة، نجحنا في تطوير عدد من النماذج المستندة إلى البيانات لمساعدتنا على تضييق نطاق اختيار تراكيب السوائل الأيونية المثلى لتصميم وتصنيع سوائل أيونية جديدة لاستخدامها لتخزين الطاقة".
يقوم العمل على تصميم وتصنيع سوائل أيونية بصفتها "مواد تغيير الطور"، أي مواد تذوب عند درجة حرارة معينة فتمتص الطاقة وتخزنها، ثم تقوم بتحرير هذه الطاقة مرة أخرى عندما تنخفض درجة حرارتها وتبرد وتتصلب. يمكن دمج السوائل الأيونية والتي هي مواد تغيير الطور في المباني والمنشآت الصناعية والأجهزة الإلكترونية والملابس للمساعدة في التحكم في درجة الحرارة وتخزين الطاقة وتقليل احتياجات الطاقة. على سبيل المثال، يمكن دمج مواد تغيير الطور التي تذوب عند درجة حرارة الغرفة في جدران المباني للحفاظ على برودة المباني خلال الأيام الحارة ولتكون دافئة خلال الليالي الباردة. هي تحافظ على درجة حرارة ثابتة وتقلل من متطلبات طاقة التدفئة والتبريد للمباني.
قال الدكتور نانكارو: "تواجه الأنظمة الحالية العديد من العوامل التي تحد من تطبيقاتها بما في ذلك التآكل وفقدان الكفاءة بمرور الوقت والتلف والانحلال والتوسع الحراري الكبير. إن ما نعمل عليه هو تصميم سوائل أيونية بخصائص مثالية لمختلف التطبيقات للتغلب على هذه المشكلات وتوفير حل إضافي لتخزين الطاقة لتقليل استهلاكها واستكمال إنتاج الطاقة المتجددة. سيساعد هذا في تسريع تبني الطاقة النظيفة وتقليل استهلاك الوقود الأحفوري على النطاق العالمي. وإن خطوتنا التالية في بحثنا هي دمج السوائل الأيونية المحسنة في أنظمة الطاقة الشمسية وتحليل التحسن في الكفاءة الذي يمكن تحقيقها".
وقد شارك في البحث التعاوني طلبة البكالوريوس والماجستير في كلية الهندسة في الجامعة سميرة زينب ومحمد طاجيكي ومحمد شاهين، فضلاً عن الباحثين المشاركين شهزاد لياقات وساريكا ريجناد ودروف ميتال. كما شارك في العمل الدكتور طالب إبراهيم والدكتور نبيل عبد الجبار من قسم الهندسة الكيميائية والبيولوجية في كلية الهندسة، والدكتور مصطفى خميس، أستاذ بقسم الأحياء والكيمياء وعلوم البيئة في كلية الآداب والعلوم في الجامعة. وتضمن العمل تعاون مع مجموعة تطبيقات الطاقة الشمسية في كلية ترينيتي في دبلن في ايرلندا. وقد تم إجراء البحوث والاختبارات في مختبرات كلية الهندسة في الجامعة الأمريكية في الشارقة، بينما أجرى الشركاء البحثيون من كلية ترينيتي في دبلن اختبارات على السوائل الأيونية الجديدة لتحسين كفاءة أنظمة الطاقة الشمسية.
تُعرف الجامعة الأمريكية في الشارقة على أنها واحدة من أكثر الجامعات استدامة في المنطقة، وهي التي جعلت من مجال الاستدامة واحدًا من المجالات الرئيسية التي تركز عليها في أبحاثها وعملياتها. وكانت الجامعة قد تلقت دعوة من مبعوث دولة الإمارات للمناخ إلى مؤتمر الأطراف (كوب 28) لتكون جزءًا من شبكة المناخ الجامعية تحضيرًا لمؤتمر الأطراف (كوب 28)، مما يسمح لممثلي الجامعة بالمشاركة في المناقشات الرئيسية حول تغير المناخ. كما أنه تم تصنيف الجامعة الأمريكية في الشارقة من قبل جمعية النهوض بالاستدامة في التعليم العالي على أنها واحدة من أفضل خمس جامعات عالمية في المشاركة المجتمعية في مجال الاستدامة لعام 2022. يذكر أن الجامعة الأمريكية في الشارقة كانت أول جامعة في منطقة الشرق الأوسط وشمال إفريقيا تحصل على تصنيف "ستارز" من جمعية النهوض بالاستدامة في التعليم العالي.
يحتل برنامج الهندسة الكيميائية والبيولوجية في الجامعة الأمريكية في الشارقة موقعًا فريدًا في دمجه بين العلوم الجزيئية والهندسة، وارتباطه بمجالات الكيمياء والرياضيات والفيزياء والبيولوجيا. وهو يقدم فرصًا لا مثيل لها لتصميم العمليات الصناعية وتطويرها وتشغيلها والتي تقدم مساهمات كبيرة في البنية التحتية التكنولوجية للمجتمع الحديث. لمزيد من المعلومات حول البرنامج، يرجى زيارة الموقع الإلكتروني www.aus.edu/cen/bsche.
