يسعى معهد مصدر للعلوم والتكنولوجيا للمساهمة بدور فاعل في تطوير منظومة الابتكار في الإمارات وتقوية دعائمها من خلال التركيز على علوم وهندسة المواد التي تنطوي على أهمية بالغة وإمكانات كبيرة مؤهلة للعب دور بارز في تحقيق ابتكارات تكنولوجية نوعية في المستقبل. تتمحور علوم وهندسة المواد حول دراسة خصائص المواد وتطويرها بحيث يتم توظيفها في حلول وتطبيقات تلبي متطلبات قطاعي الصناعة والتكنولوجيا، ويتسم هذا المجال العلمي بكونه واسعاً ويتداخل مع العديد من التخصصات والفروع العلمية، وهذا ما يكسبه أهمية كبيرة ويجعله مساراً أساسياً لتحقيق العديد من الأهداف الاستراتيجية للدولة، ومن ضمنها تحفيز الابتكار في القطاعات الرئيسية التي تستهدفها الاستراتيجية الوطنية للابتكار، وهي الطاقة المتجددة، والنقل، والصحة، والتعليم، والتكنولوجيا، والمياه، والفضاء. وقال الدكتور ستيفن غريفيث، المدير التنفيذي للمبادرات في معهد مصدر: يوفر معهد مصدر برنامجاً أكاديمياً وبحثياً متطوراً في تخصص علوم وهندسة المواد، ويشرف على البرنامج تسعة أساتذة، ويضم 31 طالباً يحضر 10 منهم لنيل درجة الدكتوراه، مؤكداً أن المواد المتقدمة وتكنولوجيا النانو هي دائماً في صلب الأنشطة والمشاريع البحثية التي تجرى في مراكز الأبحاث المتخصصة ضمن معهد مصدر، والتي تهدف إلى إنتاج حلول مبتكرة تساعد الدولة على مواجهة عدد من القضايا الأساسية. وأوضح مايك تاينر، مدير إدارة المختبرات في معهد مصدر، أن معظم الإنجازات التي تحققت مؤخراً استندت أساساً إلى علوم المواد، مشيراً إلى أن معهد مصدر يمتلك حالياً الإمكانات التي تؤهله لتطوير وتصنيف مواد جديدة، وأن المختبر الجديد سيكون إضافة قيمة ترتقي بقدرات المعهد في هذا المجال إلى مستوى أعلى وأكثر تخصصاً. توفير الطاقة وتخزينها وانطلاقاً من أن السعي لتعزيز الاستدامة وخفض الانبعاثات الكربونية يستدعي تقديم حلول تسهم في رفع مستوى كفاءة الطاقة وخفض معدلات استهلاكها وإحراز تقدم على صعيد تخزينها على مستوى العالم، يركز أحد المشاريع البحثية في معهد مصدر على تحسين كفاءة استهلاك الطاقة ضمن المباني، التي تعد من القضايا المهمة التي تسعى دولة الإمارات إلى معالجتها، يستحوذ التبريد حالياً على 40% من استهلاك الطاقة الكهربائية السنوي لأبوظبي و60٪ من استهلاكها في أيام الذروة، وهو ما يستدعي ضرورة خفض معدلات الطاقة اللازمة لتبريد المباني. ويشرف الدكتور كومار شانموغام، أستاذ مساعد في الهندسة الميكانيكية وهندسة المواد، على مشروع بحثي مشترك بين معهد مصدر ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا MIT لتطوير مفتاح كهربائي ضوئي يقوم بتوزيع ضوء النهار في أرجاء المكان، الأمر الذي يؤدي إلى خفض درجة الحرارة والوهج داخل المباني، وقد تم تطوير النموذج التجريبي، والذي كان جزءاً من أطروحة يوهانس ليلينهيرتي، طالب ماجستير في معهد مصدر، باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد ومتعددة المواد ضمن مرافق المعهد. وقال الدكتور شانموغام: لقد استلهمنا فكرة الجهاز من الستائر، وطورناه كحل يساعد على تحقيق كفاءة الطاقة في أماكن العمل والمباني، وذلك من خلال توزيع ضوء النهار وبالتالي خفض الوهج والحرارة الناجمة عن الأشعة الشمسية، وهذا سيسهم في تحسين نوعية المكان ومواصفاته الصحية، بالتوازي مع تعزيز كفاءة الطاقة والاستدامة في المباني. ومن أهم ميزات تصميم الجهاز أنه لا يحوي على أجزاء متحركة، ما يسهل من مهمة تصنيعه بأحجام صغيرة، ومن شأن استخدام أجهزة ذكية مثل المفتاح الضوئي في المباني ضمن الدولة أن يسهم في تقليل الحاجة إلى التبريد وبالتالي خفض استهلاك الكهرباء. ومن جانبه، قال الدكتور فريد موفنزاده، رئيس معهد مصدر،: تكتسب ابتكارات تخزين الطاقة أهمية كبيرة لكونها تفسح المجال لتطبيق حلول عملية ومستدامة في قطاع الطاقة في دولة الإمارات، وانطلاقاً من أهمية أبحاث المواد النانوية ودورها الكبير في التوصل للجيل القادم من تكنولوجيا تخزين الطاقة، يتعاون معهد مصدر مع معهد كوريا للعلوم الأساسية في مسعى لدفع عجلة البحث العلمي في هذا المجال. تطبيقات المياه يكتسب قطاع المياه أهمية خاصة نظراً لشح موارد المياه العذبة الذي تعانيه المنطقة. وتوفر مياه التحلية 37٪ من احتياجات دولة الإمارات من المياه العذبة، ويتركز استخدامها بشكل أساسي في المجال الصناعي والاستهلاك المنزلي، في حين تغطي المياه المعالجة 12٪ تقريباً من احتياجات الدولة ويتم استخدامها في ري المسطحات الخضراء، إلى جانب كون المياه أحد القطاعات الرئيسية التي تستهدفها الاستراتيجية الوطنية للابتكار. وفي إطار سعيه لابتكار تقنيات متطورة لمعالجة المياه، أبرم معهد مصدر شراكة مع شركة لوكهيد مارتن وشركة مصدر للتعاون معاً في تطوير أغشية مبتكرة لتنقية المياه باستخدام مادة البيرفورين، وهي نظام تنقية جزيئي جرى تصميمه لتلبية الطلب العالمي على المياه الصالحة للشرب، ويمكن استخدامه في تطبيقات قطاع النفط والغاز عبر إزالة المواد الكيميائية والمركبات من المياه المستخدمة في آبار النفط والغاز وكذلك في المجال الطبي من خلال فلترة البروتينات والمركبات الكيميائية. وتشمل قائمة الشركات ضمن هذا التعاون شركة مصدر، ولابوريليك، المركز الدولي للبحوث ومزود الخدمات الفنية المتخصصة في تكنولوجيا الطاقة الكهربائية والطاقة المستدامة التابع لشركة جي دي اف سويز، وديجريمون، مزود خدمات معالجة المياه المتخصص في إيجاد حلول مستدامة لإدارة الموارد المائية، وسيركز التعاون البحثي على تحديد أكثر تقنيات الخلايا الضوئية والطاقة الحرارية الشمسية عمليةً وكفاءةً لتزويد محطة تحلية مياه البحر الضخمة بالطاقة المتجددة المنتجة محلياً. مواد فريدة كما يجرى حالياً العمل على اكتشاف مزايا وخاصيات مجموعة من المواد الفريدة التي يمكن أن تقود إلى طيف واسع من التطبيقات والابتكارات، ويعتبر الغرافين من أكثر العناصر الواعدة في مجال علوم المواد، حيث يتميز ببنية فريدة مؤلفة من طبقة من ذرات الكربون ذات بنية سداسية شبيهة ببيوت النحل المتراصة تمنحها خصائص حرارية وكهربائية وميكانيكية مهمة، ويعد الغرافين أنحف وأخف وأقوى مادة معروفة على الإطلاق، وهو أفضل موصل للحرارة ضمن درجات الحرارة الطبيعية وكذلك للكهرباء، ومن أبرز مزاياها السرعة الفائقة لإلكتروناتها والتي يمكن أن تقدم خدمات كبيرة في مجال الحوسبة وغيرها من مجالات التكنولوجيا. وتم بناء برنامج التعاون البحثي بين معهد مصدر وجامعة مانشستر كاتحاد يضم عددا من شركاء القطاع، ويركز على أبحاث الغرافين والمواد ذات الصلة ثنائية الأبعاد الأولية السابقة للمنافسة للاستفادة منها في تطوير مجسات وأغشية لتحلية المياه ومركبات تستخدم في صناعة الطيران والدفاع وغيرها من تطبيقات الطاقة، وستجرى الأبحاث بداية في كل من المركز الوطني لأبحاث الغرافين في جامعة مانشستر ومعهد مصدر، ليتم نقلها في مراحل متقدمة إلى مركز الابتكار في هندسة الغرافين الذي تم الإعلان عنه مؤخراً لترجمة نتائجها إلى منتجات تجارية، ومن المقرر إطلاق هذا المركز في عام 2017 بتمويل تبلغ قيمته 60 مليون جنيه إسترليني، تسهم شركة مصدر ب 30 مليون جنيه إسترليني منه. ومن جهته، يعكف الدكتور نيكولاس كالفيت على دراسة إحدى المواد منخفضة التكلفة والبحث في مدى فعالية استخدامها في تطوير نظم تخزين الطاقة الحرارية المسؤولة عن الاحتفاظ بالطاقة التي تلتقطها محطات الطاقة الشمسية المركزة، ويتطلع إلى استخدام مادة رملية في تخزين الطاقة الحرارية بدل الأملاح المنصهرة تستخدمها العديد من نظم تخزين الطاقة الحرارية، وقد توصل خلال بحثه إلى قدرة هذه المادة على تحمل مستويات حرارة تصل إلى 1000 درجة مئوية، مقابل 600 درجة مئوية في حالة الأملاح المنصهرة، وهذا يعني قدرة المادة الجديدة على رفع حرارة البخار اللازم لتشغيل التوربينات التي تقوم بتوليد الكهرباء. الطاقة المتجددة يعمل الدكتور عمار نايفة، أستاذ مشارك في قسم الهندسة الكهربائية وعلوم الحوسبة في معهد مصدر، على استكشاف إمكانات المواد وتوظيفها في التصدي لبعض التحديات التي نواجهها في مجال الطاقة المتجددة، وتمكن الدكتور نايفة، بمشاركة فريق بحثي وطالبة الماجستير في معهد مصدر سابينا عبد الهادي، من استخدام مواد متقدمة لتصميم خلية شمسية متدرجة فريدة من نوعها ذات كفاء عالية وتركيز طفيف لأشعة الشمس. مختبر تصنيف وتركيب المواد يعتزم معهد مصدر إطلاق مختبر تصنيف وتركيب المواد خلال الأسابيع المقبلة ضمن خطوة تهدف إلى تعزيز العمل البحثي في مجال علوم وهندسة المواد في معهد مصدر، ليضاف إلى وحدة تصنيع وتصنيف المواد التي تضم طابعات حبرية تسمح بتكديس المواد ومعالجتها والحفر عليها، ومختبر المجهر الإلكتروني الذي يتيح إمكانية فحص المواد على مستوى النانو، وسيتمكن معهد مصدر من خلال المختبر الجديد من تطوير مواد جديدة وتصنيف خصائصها الحرارية والميكانيكية. تطبيقات الطاقة المتجددة تعد الطاقة المتجددة من المجالات الرئيسية التي يوليها معهد مصدر اهتماماً كبيراً، كما أنها تمثل حاجة ملحة لكافة الدول لمواجهة التحديات التي تفرضها ظاهرة التغير المناخي العالمي، وساهمت علوم وهندسة المواد بدور أساسي في جعل تقنيات الطاقة أكثر كفاءة وأقل تكلفة، وهي مؤهلة لمواصلة هذا الدور وتعزيز إمكانات هذه التقنيات بشكل أكبر.