اعداد م.د محمد ميثم عبيد و أ.د سلوان عبيد وحيد جامعة المستقبل/ قسم ميكانيك القوى ومركز بحوث الطاقة يعتبر عنصر الكربون من العناصر المهمه في الجدول الدوري ويمكن تمسيته بالعنصر السحري “Magic element” حيث يدخل في الكثير من التطبيقات التي تمس حياتنا اليومية ولقدرته على تكوين العديد من الاشكال او الاطوار المتآصله “Allotropes” اثناء عملية الارتباط الكيميائي لذراته) تهجين ( sp, sp2, sp3 تحت ظروف تصنيع ملائمة من حرارة وضغط. وان من اهم الامثله العملية هو مادة الكرافايت “Graphite-sp2” المكونه لأقلام الرصاص والقطب السالب لبطاريات الليثيوم وكذلك طور الماسDiamond-sp3”" المستخدم كأداة قطع وزينه. يعتبر الكرافايت “Three dimensional allotrope” الطور الاثلاثي الابعاد الأكثر استقرار ويوجد في الطبيعة بشكل واسع, اما طور الماس الثلاثي الابعاد فيحتاج الى ظروف خاصة لتشكيله. من البديهي ان يترواد الى ذهن القاريء السؤال التالي, هل يوجد اطوار أخرى لعنصر الكروبن تختلف في ابعادها؟ لنوضح وجود ابعاد أخرى لعنصر الكربون, لنبدأ من البعد الصفر أولا “Zero dimensional allotrope” , تعتبر مادة الفولورين Fullerene C60-sp2”" اول مادة فائقة الصغر وذات بعد صفري (على شكل كرة قدم مجهرية) تم اكتشافها وتصنيعها بالمختبر عام 1985 م وحاز مكتشفوها على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1996 م. هذه المادة مكونه من 12 خماسيًا و20 سداسيًا (كما الشكل 1), وتستخدم هذه المادة بشكل أساسي في توصيل الادوية الى الجسم والعلاج وكذلك خزن الطاقة النظيفة. بعد هذا الاكتشاف المذهل لمادة الفوليرين بفترة وجيزة, صنعت الانابيب الكربونية(nanotubes-sp2) الأحادية الابعاد "one dimensional allotrope " من خلال تبخير مادة الكرافايت وكما تسمى "ألياف المستقبل" حيث يتم تصنيعها باقطار واطوال محددة “Specific aspect ratio” , ليترواح قطرها من 1-2 نانوميتر وطولها يصل الى ماتراه العين المجردة ولها اشكال مختلفة حسب طريقة اللف. ليس فقط الانابيب الكربونية تعتبر أحادية الابعاد, وانما توجد شرائط strips”" من حلقات الكربون السداسة مرتبة بشكل ذري منسق وتسمى اشرطة الكرافين النانونية Graphene nanoribbons”". تختلف خصائص هذه الانابيب او الشرائط حسب طريقة اللف للانابيب وشكل حافة الشريط حيث لكل شكل خاصية مختلفة تمكننا من استخدامه في تطبيقات واسعه ومختلفة في الالكترونيات او غيرها. الشكل 1 يوضح انابيب وشرائط الكاربون [1]. الكرافين(Graphene-sp2) الثنائي الابعاد ( (Two dimensional allotropeيعتبر من اغرب واهم اطوار الكربون المكتشفه في وقتنا الحاضر, حيث حضرت طبقات الجرافين المفردة مختبريا بنجاح عن طريق التقشير الميكانيكي البسيط للكرافايت الثلاثي الابعاد باستخدام شريط لاصق. حيث مُنح على اثر ذلك أندريه جيم وكونستانتين نوفوسيلوف، اللذان ترأسا الفريق الذي اكتشف طريقة التقشير،جائزة نوبل في الفيزياء لعام 2010. يعتبر الكرافين انحف مادة معروفة في وقتنا الحالي حيث تصل سمكاتها الى 3.4 انكستروم (كما الشكل 1), أقوى من الفولاذ بــ 200 مرة "لاختراق طبقة من الجرافين, سنحتاج إلى وزن فيل متوازن على قلم رصاص"، موصل فائق للحرارة والكهرباء، شبه شفاف. يعد اكتشاف طور الكرافين احد اهم الاكتشافات العلمية وذلك لدخوله في العديد من التطبيقات الالكترونية والطبية المستخدمة في وقتنا الحاضر [2]. ولذلك ممكن ان نقتبس "الكربون عنصر بسيط في جوهره، لكنه يعيد تشكيل نفسه كفنان عظيم.. كل ذرة منه قادرة على رسم عالم جديد." بعد ان لاحظنا وجود العديد من اطوار الكربون وبأبعاد مختلفة كان يعتمد تصنيعها او اكتشافها لسنوات على المحاولة والخطأ, ولذلك يحق لنا التساؤل عن إمكانية او دور الذكاء الاصطناعي في اكتشاف اطوار جديدة. من المعروف انه في الاونه الأخيرة, حاز موضوع الذكاء الاصطناعي والتنبوء في اكتشاف المواد على جائزة نوبل في الفيزياء والكيمياء ولذلك يعتبر من الأدوات المهمة في عصرنا الحالي. نظرا لمرونة ارتباط ذرات الكربون ببعضها البعض وتشكيل تهجين مختلف مع وجود العيوب المختلفة في البنية الهيكلية واختلاف البنية البلورية, نستطيع القول ان استخدام خوارزميات توليدية لابتكار تركيبات ذرية نظرية للكربون بشكل متناهي الدقة، مستندًا إلى قوانين ميكانيكا الكم ليست بالبعيدة! فهناك العديد من اطوارالكربون التي لا حصر لها وبأبعاد مختلفة تم تصميمها ومحاكاة خصاصئتها واستخدامها في تطبيقات مختلفة مثل البطاريات, تقليل البصمة الكربونية, تخزين الهايدروجين , الخلايا الشمسة , التطبيقات الالكلترونية وغيرها. حيث تتميز المواد المصممه (بعضها تم تصنعيه في المختبر) بخصائص كيميائية وفيزيائية وحرارية وكهربائية وميكانيكية فريده وغير متوفره في اطوار الكربون التي تم ذكرها سابقا[3]. وذلك لوجود اكثر من تهجين في نفسل البنية الهيكلية للطور المصمم مما يجعلها بنية فريدة تتميز بخصائص نادرة (كما الشكل 1). ولذلك ممكن ان نقتبس ان " الذكاء الاصطناعي هو تلسكوبنا الجديد. يُضيء عوالمَ من الذرات لم نكن لنراها لو واصلنا العمل بالطرق التقليدية" إيان فوستر. خلاصة القول انه لم يعد اكتشاف أطوار الكربون مجرد صدفة،بل اصبح علماً قائماً على البيانات حيث يعتمد العلماء على الذكاء الاصطناعي بتسريع هذه الاكتشافات، محاكياً ترتيب الذرات والتنبؤاً بخصائص أشكال لم نرها بعد. هذه "اللانهائية" في تشكيلات الكربون هي سر قوته, وهي ما يجعل من الكربون ممزوجا بالذكاء الاصطناعي عالماً لا ينضب من الإمكانيات لحل أكبر تحديات البشرية، من الطاقة النظيفة إلى الطب المتقدم وبذلك نحقق العديد من اهداف الاستدامة السبع عشر. المصادر “The era of carbon allotropes”, Nature, 2010, 9, 868-871. [1] A Hirsch G-H Lee et al “High-Strength Chemical-Vapor–Deposited Graphene and Grain [2] Boundaries”, Science, 2013, 340, 1073-1076. M Obeid et al “Design of Three-Dimensional Metallic Biphenylene Networks for Na-Ion [3] Battery Anodes with a Record High Capacity” ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14, 32043−32055.

# إنجازات جامعة المستقبل في مواجهة التحديات البيئية **د. سلوان عبيد وحيد الخفاجي** مدير مركز بحوث الطاقة في جامعة المستقبل **د. حسن موفق غاني** رئيس قسم تقنيات الهندسة الكهربائية في جامعة المستقبل أولاً، إن تطوير الطاقة المتجددة وعلوم البيئة هما مجالات مترابطة عن كثب تهدف إلى حل القضايا البيئية العاجلة في عصرنا. يتناول هذا المقال الدوافع وراء تطوير الطاقة المتجددة وكيفية ارتباطها بعلوم البيئة. من خلال فهم القوى الرئيسية وراء تطوير الطاقة المتجددة، يمكننا التعرف على أهمية هذا التحول في مشهد الطاقة العالمي. بناءً على ذلك، دعونا نناقش عدة جوانب ضمن هذا الموضوع؛ وهي: 1. التخفيف من تغير المناخ: الحاجة الملحة للحد من تغير المناخ هي أحد العوامل الرئيسية التي تدفع تطوير الطاقة المتجددة. يتم إطلاق كميات كبيرة من غازات الدفيئة خلال حرق الوقود الأحفوري لإنتاج الطاقة، مما يتسبب في عدم استقرار المناخ وارتفاع درجة حرارة الأرض. توفر مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية والرياح والمائية والحرارية الجوفية خيارًا أكثر استدامة ونظافة لأنها تقلل بشكل كبير من انبعاثات الكربون. تساعد علوم البيئة في فهم كيفية تأثير غازات الدفيئة على نظام المناخ، مما يبرز أهمية الانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة. 2. امن الطاقة والاستقلالية: الحاجة إلى أمن الطاقة والاستقلالية هي قوة دافعة أخرى وراء تطوير الطاقة المتجددة. تعتمد العديد من الدول بشكل كبير على الوقود الأحفوري المستورد، مما يجعلها عرضة لتقلبات الأسعار وعدم الاستقرار الجيوسياسي. يمكن للدول تقليل اعتمادها على الموارد المحدودة والشكوك الجيوسياسية من خلال تنويع محفظتها للطاقة بمصادر متجددة. تلعب علوم البيئة دورًا رئيسيًا في التأكيد على الحاجة إلى مصادر طاقة محلية مستدامة. 3. القضايا البيئية والحفاظ على النظم الإيكولوجية: لقد أدى التأثير البيئي السلبي لمصادر الطاقة التقليدية إلى دفع تطوير الطاقة المتجددة. يتسبب استخراج الوقود الأحفوري في اضطراب النظم الإيكولوجية وتلوث المسطحات المائية وتدمير المواطن. من ناحية أخرى، يمكن تصميم تقنيات الطاقة المتجددة لتقليل تأثيرها على المواطن الطبيعية ولديها بصمة بيئية أصغر بكثير. توجه علوم البيئة تطوير حلول الطاقة المستدامة التي تحمي النظم الإيكولوجية والبيئة. 4. التطور التكنولوجي والتنافسية الاقتصادية: يعود الفضل في قبول تقنيات الطاقة المتجددة إلى تقدمها. لقد تم تطوير طرق جديدة من خلال البحث والتطوير، مما زاد من كفاءة وتنافسية الطاقة المتجددة مقارنة بالمصادر التقليدية. تلعب علوم البيئة دورًا رئيسيًا في دفع التقدم التكنولوجي في الطاقة المتجددة. 5. فوائد الصحة العامة: لتطوير الطاقة المتجددة مزايا كبيرة للصحة العامة. عندما يتم حرق الوقود الأحفوري، يتم إطلاق ملوثات خطيرة في الغلاف الجوي، مما يؤدي إلى تفاقم تلوث الهواء والمشكلات الصحية المرتبطة به. يؤدي الانتقال إلى مصادر الطاقة المتجددة إلى تحسين نتائج الصحة العامة من خلال تقليل تلوث الهواء. 6. فرص اقتصادية وخلق فرص عمل: توجد فرص مالية كبيرة في صناعة الطاقة المتجددة. تعزز الاستثمارات في مشاريع الطاقة المتجددة الابتكار التكنولوجي وخلق فرص العمل والنمو الاقتصادي. ينمو قطاع الطاقة الشمسية والرياح نتيجة للطلب المتزايد على تقنيات الطاقة المتجددة. 7. التنمية المستدامة والقدرة على التكيف: يتماشى تطوير الطاقة المتجددة مع مفاهيم القدرة على التكيف والتنمية المستدامة. يوفر وسيلة لتلبية احتياجات الطاقة دون المساس بقدرة الأجيال القادمة على تلبية احتياجاتهم. ## إنجازات جامعة المستقبل في مواجهة التحديات البيئية 1. تأسيس مركز بحوث الطاقة: تم تأسيس المركز كمنصة رائدة للأبحاث المتعلقة بالطاقة المتجددة والتكنولوجيا النظيفة، مما يعكس التزام الجامعة بتعزيز البحث والتطوير في مجالات مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحيوية. 2. تنظيم ورش عمل وندوات: يقوم المركز بتنظيم ورش عمل وندوات علمية لتعزيز تبادل المعرفة والخبرات بين الطلاب والباحثين، مما يساهم في رفع مستوى الوعي بأهمية الطاقة المتجددة. 3. برامج تدريبية متخصصة: يقدم المركز برامج تدريبية للطلاب والباحثين، مما يساعدهم على الانخراط في مشاريع بحثية عملية ويعزز تجربتهم الأكاديمية. 4. دعم مشاريع التخرج: يوفر المركز تمويلاً كاملاً لمشاريع التخرج ذات الطابع التطبيقي، مما يشجع الطلاب على تطوير أفكار مبتكرة في مجالات الطاقة المتجددة. 5. التعاون مع مؤسسات محلية ودولية: يسعى المركز إلى تعزيز التعاون مع الجامعات والمراكز البحثية المحلية والدولية، مما يساعد في تبادل المعرفة والخبرات. 6. تعزيز التعلم التطبيقي: نظم المركز جولات ميدانية للطلاب للاطلاع على الأنظمة الشمسية المنصوبة داخل الجامعة، مما يربط الجانب النظري بالتطبيق العملي المباشر. 7. البحث في تقنيات مبتكرة: يشجع المركز على تطوير تقنيات جديدة مثل تصميم أقطاب كهربائية من كربون الطحالب وإنتاج وقود حيوي من الطحالب، مما يعكس التزامه بالابتكار والاستدامة. في الختام، تدفع مجموعة من العوامل المترابطة، مثل الحاجة إلى تخفيف تغير المناخ، وضمان أمن الطاقة، ومعالجة القضايا البيئية، وتحسين الصحة العامة، وخلق فرص اقتصادية، ودعم التنمية المستدامة، تطوير الطاقة المتجددة. توفر علوم البيئة الأساس لفهم تأثيرات قرارات الطاقة على البيئة، وتوجه تطوير الحلول المستدامة. من خلال تبني الطاقة المتجددة والاستفادة من علوم البيئة، يمكننا معالجة القضايا البيئية الملحة التي نواجهها وبناء مستقبل أكثر استدامة للأجيال القادمة. ## المراجع [1] https://climate.nasa.gov/what-is-climate-change/ [2] https://www.perchenergy.com/blog/environment/what-are-fossil-fuels-environmental-impact [3] https://kahedu.edu.in/the-role-of-renewable-energy-in-sustainable-development/

"تعزيز الحرم الجامعي المستدام: خطوات نحو جامعة أكثر اخضرارًا" إعداد: الدكتور سلوان عبيد وحيد خفاجي (مدير مركز المستقبل لبحوث الطاقة/جامعة المستقبل) الدكتور محمد ميثم عبيد (كلية الهندسة والتقنيات الهندسية/جامعة المستقبل) من الضروري الاعتراف بالضرورة الملحة لمعالجة تدهور البيئة وتغير المناخ في عالم اليوم. تلعب الجامعات دورًا أساسيًا في تعزيز الاستدامة وتقليل تأثيرها البيئي، حيث أنها مراكز للمعرفة والابتكار. من خلال تبني الممارسات البيئية وترتيب الاستدامة كأولوية، يمكن للجامعات أن تعمل كعوامل للتغيير وتساعد في خلق مستقبل أكثر استدامة للأجيال القادمة.  استهلاك الطاقة: تقليل استهلاك الطاقة هو خطوة حاسمة في بناء جامعة مستدامة وصديقة للبيئة. يمكن للجامعات تقليل بصمتها الكربونية بشكل كبير من خلال الاستثمار في مصادر الطاقة المتجددة، على الرغم من أنها غالبًا ما تكون مؤسسات تستهلك الطاقة بشكل كبير. يمكن تقليل انبعاثات الغازات الدفيئة بشكل كبير في الحرم الجامعي من خلال تركيب الألواح الشمسية وتوربينات الرياح كما هو موضح في الشكل 1، والتي يمكن أن تنتج طاقة نظيفة ومستدامة. ومن أجل تقليل استهلاك الطاقة والتكاليف بشكل أكبر، يمكن تنفيذ تقنيات كفاءة الطاقة مثل إضاءة LED، وأنظمة المباني الذكية، وأنظمة التكييف والتدفئة المحسّنة.  إدارة النفايات: تنتج الجامعات كمية كبيرة من القمامة، تشمل النفايات الغذائية، والنفايات الإلكترونية، والورق، والنفايات البلاستيكية. ويتطلب تقليل التأثير على البيئة إلى أدنى حد تنفيذ نظم فعالة لإدارة النفايات. ويمكن للجامعات أن تزيل كمية كبيرة من النفايات من مدافن القمامة عن طريق تنفيذ نظم واسعة لإعادة التدوير، وتشجيع إعادة الاستخدام، وتشجيع الاستهلاك الأخلاقي. ويمكن أن تساعد برامج الترسيب أيضاً في إغلاق الدائرة وتعزيز اقتصاد دائري في المجمع عن طريق تحويل النفايات العضوية إلى تربة غنية بالمغذيات.  التنقل المستدام: عنصر آخر أساسي في إنشاء مؤسسة خضراء ومستدامة هو تشجيع خيارات التنقل المستدام. يمكن أن تقلل وسائل النقل الجامعية من انبعاثات الكربون من خلال تعزيز المشي وركوب الدراجات ووسائل النقل العامة كبدائل للقيادة، كما هو موضح في الشكل 3. يمكن أن يساهم الوصول إلى وسائل النقل العامة الميسورة التكلفة، والبنية التحتية للدراجات، والمسارات الملائمة للمشاة في زيادة جاذبية وملاءمة خيارات النقل المستدام للموظفين والأساتذة والطلاب. كما يمكن تقليل التأثير البيئي لوسائل النقل في الحرم الجامعي من خلال تمويل مبادرات ركوب السيارات المشتركة وشراء محطات شحن السيارات الكهربائية.  البحث والمنهج: تتمتع الجامعات بفرصة خاصة لإدماج الاستدامة في بحوثها ومناهجها الدراسية. ومن خلال إدماج الدورات والبرامج التي تركز على الاستدامة في مختلف التخصصات، يمكن لمؤسسات التعليم العالي أن تزود الطلاب بالمعارف والقدرات اللازمة لمعالجة القضايا البيئية المعقدة. ومن شأن تشجيع المشاريع البحثية التي تحقق في النُهج والأدوات واللوائح التنظيمية المستدامة أن ينهض بمجموعة المعارف الميدانية وأن يحفز التطورات الجديدة في المجالات المتصلة بالاستدامة. وقد تمكِّن الجامعات طلابها من أن يصبحوا دعاة للاستدامة يساعدون على تهيئة مستقبل أكثر مراعاة للبيئة من خلال تعزيز ثقافة الاستدامة داخل المجتمع الأكاديمي؛ ويبين الشكل 4 مثالاً جيداً على ذلك. الاستنتاجات: إنشاء جامعة خضراء ومستدامة يتطلب نهجًا شاملاً ومتعدد الجوانب يتناول إدارة النفايات، ووسائل النقل، واستهلاك الطاقة، ودمج المناهج الدراسية. من خلال ترتيب الاستدامة كأولوية في جميع جوانب عملياتها، يمكن للجامعات تقليل تأثيرها البيئي بشكل كبير وإلهام التغيير الإيجابي. بالإضافة إلى ذلك، من خلال تطوير جيل من الخريجين الذين يتمتعون بالشغف للاستدامة، يمكن للجامعات أن تسهم في حركة عالمية أكبر نحو مستقبل أكثر اخضرارًا. بينما نتعاون لبناء جامعة مستدامة، دعونا نغتنم الفرصة لخلق عالم أفضل. References: 1- https://www.bruegel.org/policy-brief/smarter-european-union-industrial-policy-solar-panels. 2- https://www.bu.edu/cpo/what-we-do/waste-management/ 3- https://www.peakoil.net/environment/alternative-transportation-methods-greener-than cars#google_vignette 4- Gomes, L. A., Brasileiro, T. S. A., & Caeiro, S. S. F. (2022). Sustainability in higher education institutions in the Amazon region: A case study in a Federal Public University in Western Pará, Brazil. Sustainability, 14(6), 3155.