حركية التجفيف، استهلاك الطاقة، التحليل الاقتصادي والبيئي لقشور الرمان المجففة باستخدام مجفف شمسي هجين مقارنة بالمجفف الكهربائي

تحويل نفايات الفاكهة إلى كنز مفيد

عصير الرمان منتشر في جميع أنحاء العالم، لكن نحو نصف كل ثمرة — وغالبًا القشرة — ينتهي بها المطاف كنفايات. هذه القشرة في الواقع غنية بمركبات طبيعية يمكن استخدامها في الغذاء والطب ومستحضرات التجميل. التحدي هو كيفية تجفيفها بأمان وبتكلفة منخفضة من دون إهدار الكهرباء أو الإضرار بالبيئة. تدرس هذه الدراسة طريقة ذكية لذلك باستخدام الطاقة الشمسية، بمقارنة مجفف شمسي هجين جديد مع فرن كهربائي قياسي لمعرفة أيهما يجفف قشور الرمان بشكل أفضل وأرخص وببصمة كربونية أصغر.

طريقة أكثر ذكاءً لاستغلال ضوء الشمس

جوهر العمل هو مجفف شمسي غير مباشر هجين، جهاز بحجم خزانة يستخدم ضوء الشمس كمصدر رئيسي للحرارة ولكنه يتضمن أيضًا سخانًا كهربائيًا صغيرًا ومراوح احتياطية للتحكم. يسخن ضوء الشمس الهواء داخل مجمّع معدني مسطح؛ وتدفع المراوح هذا الهواء الساخن إلى حجرة تجفيف معزولة، حيث توضع قشور الرمان بطبقات رقيقة على صوانٍ دوّارة لتتعرض للهواء بشكل متساوٍ. تحافظ وحدة التحكم على درجة حرارة الهواء والرطوبة عند قيم محددة، لذلك يبقى المسار مستقرًا حتى عندما تتغير الظروف الخارجية. اختبر الباحثون ثلاث درجات حرارة للتجفيف — 50 و60 و70 °م — وثلاث سماكات لطبقة القشر — 1 و2 و3 سم — ثم قارنوا النتائج مع فرن كهربائي تقليدي يعمل تحت نفس ظروف الحرارة والسماكة.

مدى سرعة فقدان القشور للماء

تبدأ قشور الرمان الطازجة برطوبة عالية جدًا، نحو ثلاثة أرباع وزنها ماءً. كان كل من المجفف الشمسي والفرن قادرين على خفض ذلك إلى حالة نهائية جافة حوالي 2–3% ماء، وهي نسبة كافية للتخزين الآمن والمعالجة اللاحقة. كما هو متوقع، زادت درجات الحرارة الأعلى من سرعة فقدان الماء، وأظهرت الطبقات الأسمك عمومًا معدلات تجفيف لحظية أعلى لأنها تحتوي على مزيد من الماء الذي يجب إزالته. في كلا النظامين بلغ معدل التجفيف ذروته مبكرًا — عندما يهرب الماء الحر بسهولة — ثم انخفض مع جفاف القشور واضطرار الماء للتحرك من أعماق النسيج. عند 70 °م وسماكة 3 سم، بلغ معدل التجفيف الأقصى للمجفف الشمسي الهجين نحو 196 كيلوجرام ماء مُزال لكل كيلوجرام من المادة الجافة في الساعة، وهو أعلى قليلاً من الفرن في ظروف مماثلة.

خفض استهلاك الكهرباء وانبعاثات الكربون

على الرغم من أن كلا النظامين أنجزا قشورًا بنفس الجفاف تقريبًا، فقد اختلف استهلاك الطاقة بينهما اختلافًا كبيرًا. اعتمد الفرن التقليدي بالكامل على الكهرباء، بينما استخدم المجفف الشمسي الهجين مزيجًا من الحرارة الشمسية وكمية أصغر من الكهرباء الاحتياطية. نتيجة لذلك، خفض النظام الشمسي استهلاك الطاقة الكهربائية بنحو ثلثي حتى ثلاثة أرباع مقارنة بالفرن، اعتمادًا على درجة الحرارة وسماكة الطبقة. على سبيل المثال، في أشد الظروف طلبًا (50 °م وطبقة سماكتها 1 سم)، استهلك الفرن نحو 7,769 واط لكل كيلوجرام من القشور، بينما استهلك المجفف الهجين نحو 2,116 واط لكل كيلوجرام فقط. طوال فترة بنائه تطلب المجفف الشمسي نحو 1,270 كيلوواط-ساعة من «الطاقة المتجسدة»، لكن تشغيله السنوي جنّب كمية كبيرة من الكهرباء المعتمدة على الوقود الأحفوري بحيث كان زمن استرداد الطاقة نحو 2.4 إلى 6.3 سنوات — أي أقل بكثير من العمر الافتراضي المفترض وهو 30 سنة. وترجم ذلك إلى تجنّب مقدّر بحوالي 75.5 طنًا من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وقيمة محتملة لائتمانات الكربون تبلغ عدة مئات إلى أكثر من ألفي دولار أمريكي طوال عمره.

حساب التكاليف للمزارعين والصناعة

درس الفريق أيضًا المال وليس الطاقة فقط. تم تصميم المجفف الهجين ببساطة في بنائه، باستخدام إطار خشبي ومواد عزل أساسية وسخان قياسي ومروحة صغيرة، مما أبقى تكلفة الشراء حوالى 200 دولار أمريكي — أقل بكثير من العديد من المجففات الصناعية. عندما أدرجوا الاستثمار والصيانة والكهرباء، وجدوا أن تجفيف قشور الرمان في المجفف الشمسي قد يكلف نحو 144.5 دولارًا أمريكيًا للطن، خاصة عند التشغيل عند 70 °م مع طبقة قشر بسمك 1 سم. هذا الإعداد يجفف بسرعة، مما يعني إمكانية معالجة أطنان أكثر من القشور سنويًا، وبالتالي توزيع التكاليف الثابتة على إنتاج أكبر. في كثير من الحالات كان تشغيل المجفف الهجين أرخص لكل طن من الفرن، مع استخدام أقل للكهرباء المأخوذة من الشبكة.

لماذا يهم هذا في الحياة اليومية

لغير المتخصص، الخلاصة بسيطة: بدلاً من رمي قشور الرمان، يمكننا تجفيفها بكفاءة باستخدام الشمس وتحويلها إلى مكونات لأغذية أكثر صحة ومكملات ومستحضرات تجميل. تظهر الدراسة أن مجففًا شمسيًا هجينًا منخفض التكلفة نسبيًا يمكنه تقديم أداء جيد في التجفيف، وخفضًا حادًا لاستهلاك الكهرباء، وتقليل انبعاثات الدفيئة مقارنة بفرن عادي. مع فترات استرداد طاقة قصيرة وتكاليف تشغيل أقل، يمكن لمثل هذه الأنظمة أن تساعد المزارعين والمعالجين الصغار والمجتمعات الريفية على إضافة قيمة إلى «نفايات» الزراعة، وتحسين الدخل، ودعم إنتاج غذائي صديق للمناخ في الوقت نفسه.

الاستشهاد: Metwally, K.A., Khater, ES.G., Bahnasawy, A.H. et al. Drying kinetics, power consumption, economic and environmental analysis of pomegranate peels drying using a hybrid solar dryer compared with oven dryer. Sci Rep 16, 7395 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-22464-7

الكلمات المفتاحية: التجفيف الشمسي, قشر الرمان, إضفاء قيمة على نفايات الطعام, الطاقة المتجددة, مجفف هجين