أجهزة استشعار ألمانية لإطالة عمر جسر شنغهاي
١٩ يونيو ٢٠١٠
تبهر الصين العالم بسرعة نموها الاقتصادي حتى في أوج واحدة من أكبر الأزمات الاقتصادية في التاريخ. وهذا الازدهار ينعكس على البنية التحتية ومشاريع البناء في البلاد، ففي نهاية عام 2008 تم افتتاح أطول جسر في الصين وهو جسر خليج هانغجو القريب من شانغهاي. ويبلغ طول هذا الجسر 36 كيلومترا وبذلك فهو الجسر الأطول في الصين، وهو يقصر المسافة بين مدينتي نينغبو وشنغهاي بمقدار 120 كيلومترا.
ولكي يكون هذا الجسر مجديا اقتصاديا فقد صُمم ليخدم 100 عام، لكن ملوحة المياه تعمل على تآكل الدعامات الفولاذية وتصيبها بالصدأ، وهذا يهدد الجسر وقد يؤدي في أسوء الأحوال إلى انهياره. لكن لحسن الحظ هناك حل لهذه المشكلة، والحل يأتي من الجامعة التقنية في مدينة آخن الألمانية. ويعتمد هذا الحل على مجسات استشعار حساسة تحذر من الصدأ طورها ميشائيل راوباخ أثناء إعداده رسالة الدكتوراه في جامعة آخن التقنية. في الأثناء يتم تصنيع مجسات الاستشعار هذه في دول أخرى.
والمواد المكونة للخرسانة الفولاذية هي نوع من الاسمنت، على الأقل هذا ما نراه منها بلونها الرمادي. ويقول ميشائيل راوباخ إن "الخرسانة تمتاز بقدرتها على تحمل الضغط، وهذا يعني أنه بإمكانك الضغط على الخرسانة لكن لا يمكنك ثنيها، فإذا انثنت فإنها تنكسر. ولكي لا تنكسر يوضع في الخرسانة فولاذ ليزيد من تماسك الخرسانة ويواجه الضغوط التي تتعرض لها".
المياه المالحة عدو للفولاذ
لكن الفولاذ يصدأ مع الزمن وخاصة حين يتصل بالملح، وأعمدة جسر هانغجو الذي كلف مليارا وأربعمائة مليون دولار، توجد في المياه المالحة، وعن أثر هذه الأملاح يقول البروفيسور ميشائيل راوباخ "يمكنها أن تنفذ عبر الخرسانة إلى الفولاذ وتعمل على تآكله. في هذه الحالة يصدأ الفولاذ وتظهر فيه شقوق قد تنجم عنها مشاكل جمة".
ولإطالة عمر الجسر التشغيلي فكر المهندسون في المؤثرات التي قد يتعرض لها خلال المائة عام القادمة. ووجدوا أن أخطرها هو الصدأ الذي قد يؤدي إلى انهياره ولذلك طوروا نظام إنذار مبكر من الصدأ. وهنا اهتدى بروفيسور من جامعة نينغبو، كان قد درس في ألمانيا، إلى الأبحاث التي أجرتها جامعة آخن التقنية بهذا الخصوص واتصل مع البروفيسور راوباخ، وبذلك وصلت مجسات الاستشعار الحساسة إلى الصين. ويشرح المهندس يورغ هارنيش الذي شارك في تصميم الجسر وتركيب المجسات مبدأ عمل هذه التكنولوجيا الحديثة بالقول "تستفيد أجهزة الاستشعار من الطبيعة الكهروكيميائية من عملية التآكل، بكلمات أخرى تساعد الكهرباء على قياس حجم الصدأ الذي أصاب الحديد. فكل جزيئة متحللة من جزيئات الحديد تتوافق مع مقدار معين من الطاقة الكهربائية ويمكن قياسها، هذا هو بالضبط مبدأ عمل مجسات الاستشعار ".
مادة التيفلون لا تهرم
ويقول ميشائيل رواباخ إن المجسات موزعة على كل أجزاء الجسر وخاصة في الجزء السفلي منه الموجود تحت الماء، وتم تمديد أسلاك كهربائية من أجهزة الاستشعار إلى باطن الجسر، حيث توجد أجهزة القياس. أجهزة الاستشعار بسيطة في مظهرها، فحجمها يساوي نصف حجم لوحة مفاتيح كمبيوتر وهي لا تحتاج إلى بطاريات لتشغيلها لأن الحديد حين يصدأ يصدر عنه طاقة، ومن هذه الطاقة تتغذى المجسات.
وهناك ميزة أخرى لهذه المجسات وهو عمرها التشغيلي الطويل، إذ يمكنها أن تعمل لعشرات السنين بسبب نوعية المواد المصنوعة منها كما يقول ميشائيل راوباخ " مادة التيفلون هي بلاستيك لا يهرم، وتركيبته الكيميائية مقاومة لكل شيء". خبراء جامعة آخن التقنية على اتصال دائم مع زملائهم الصينيين. وفي حال ظهور علامات الصدأ على جسر هانغجو فإن لديهم الحل المناسب لوقف الصدأ: في هذه الحالة سيوجهون كمية محددة من التيار الكهربائي عبر الخرسانة إلى المنطقة التي ظهر الصدأ فيها على الفولاذ، ورغم أنهم لن يتمكنوا من القضاء على الصدأ الذي حدث، إلا أنهم قادرون على وقف انتشاره، وبذلك يحولون دون حدوث تآكل كهروكيميائي، وهذه أيضا تكنولوجيا طورها علماء جامعة آخن التقنية وتشهد إقبالا عليها في جميع أنحاء العالم.
الكاتب: إنغو فاغنر/ عبدالرحمن عثمان
مراجعة: هشام العدم