إعداد الطلبة للتصدي لتحديات الاستدامة

تقييم استدامة دورة الحياة

مدخل إلى مفاهيم وأساليب تحديد الآثار البيئية والاقتصادية والاجتماعية للتقنيات والعمليات الهندسية. ويقدم أيضاً أدوات وموارد تحليلية لتقييم الاستدامة من منظور النُظم. وتُختبر هذه الأساليب وتُطبق على المسائل الهندسية الراهنة، ومنها تغير المناخ العالمي والمركبات العاملة بالوقود البديل وإدارة المياه ومعالجة مياه الصرف الصحي والتنمية العمرانية والطاقة المتجددة (الشمسية وطاقة الرياح والكتلة الحيوية) والتخفيف من الهدر.

مواضيع معاصرة

تُعدّ هندسة العمليات المستدامة منهجية لتصميم عمليات جديدة وإعادة تصميم العمليات القائمة. وتتبع هذه المنهجية مبادئ الكيمياء والهندسة الخضراء، وتسهم في نهاية المطاف في تحقيق التنمية المستدامة. لقد أتاحت الإنجازات الأحدث في الهندسة الكيميائية فرصاً جديدة لتصميم عمليات كيميائية سليمة بيئياً أكثر فعالية وأمناً وأقل حجماً.

الاستدامة في الكيمياء

يغطي المواضيع التالية:

• مدخل إلى الاستدامة والمواد النانوية والمسامية
• خصائص المواد النانوية والمسامية وتركيبها المستدام
• الكيمياء الخضراء
• الأغشية البوليميرية في عمليات الفصل المستدامة
• تحضير الأغشية المستدامة وتطبيقاتها
• الإنتاج المستدام للهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للمياه
• النقل والتسليم المستدامان للهيدروجين
• التخزين المستدام للهيدروجين
• مدخل إلى المطيافية فائقة السرعة بالفلورة
• طرق التصوير الإلكتروني: المجهرية الإلكترونية الماسحة والفحص المجهري الإلكتروني النافذ
• طرق التصوير الإلكتروني المفصولة زمنياً: المجهرية الإلكترونية الماسحة والفحص المجهري الإلكتروني النافذ
• مدخل إلى المواد العضوية المستدامة
• تركيب المواد العضوية المستدامة وتحديد خصائصها

تصميم العمليات المستدامة (CE 300)

يركز المقرر على كيفية تحسين العمليات الحالية لتحقيق درجة نقاء وإنتاجية أعلى مع تقليل استهلاك المواد الخام. نتيجة لتكثيف العمليات، فإن هيكل صناعة العمليات يتغير بشكل كبير. تتم مناقشة مبادئ وأساليب التصميم الحالية وتحديها وتكييفها مع التحديات الجديدة للتنمية المستدامة.

الجيوفيزياء العالمية

يغطي تاريخ مناخ الأرض، وتكوّن المحيطات والغلاف الجوي، والتاريخ البيولوجي، وتوازن الطاقة باستخدام النموذج المناخي والدوران في الغلاف الجوي ودوران المحيطات، وتغيّر المناخ، والنماذج المناخية المتقارنة للمحيطات والغلاف الجوي والمحيط الحيوي.

الأنظمة الجيولوجية في شبه الجزيرة العربية

يستخدم الصفيحة العربية لدراسة عمليات جيولوجية رئيسية، ومنها تكتونية الصفيحة والتنامي القاري والانكشاف بالتعرية الطبيعية والتفتت ونشوء الأحواض الرسوبية وتكون الصهارة داخل الصفيحة التكتونية وتكوّن الرواسب الهيدروكربونية والمعدنية. ويمنح هذا المنهج الدراسي فرصة دراسة تغير المناخ والاحتجاز الجيولوجي لثاني أكسيد الكربون وإمكانات الطاقة الحرارية الأرضية عالية ومنخفضة المحتوى الحراري.

ديناميكا الموائع الجيوفيزيائية 2

يغطي المناخ وتغيّره والحركة واسعة النطاق للغلاف الجوي والمحيطات والعمليات الدقيقة وعوامل أخرى تؤثر على المناخ.

كيمياء الغلاف الجوي

مدخل إلى العمليات الكيميائية في الغلاف الجوي ودورها في النظام المناخي.

فيزياء الغلاف الجوي

يغطي العمليات الفيزيائية الرئيسية في الغلاف الجوي للأرض ودورها في تكوين الطقس والمناخ.

الاستخلاص المعزز للنفط

يقدم مسار عمل متكامل لتطوير الحقول ودورة حياة الإنتاج، بما يشمل تقييم الاستخلاص الثانوي ومسح مكامن النفط من أجل الاستخلاص الثلاثي وتقييم خطط متنوعة للاستخلاص المعزز للنفط والوقوف على قيود طرقه المختلفة، ومنها احتجاز ثاني أكسيد الكربون.

الطاقة والبيئة

يغطي العلاقة بين الأنظمة البيئية في الماضي والحاضر وتخزينها للطاقة وإنتاجيتها وإنتاج الطاقة وآثاره الجانبية خلال الدورات المستدامة وغير المستدامة. ويحلل الطلبة أوجه قصور النظريات الاقتصادية عن استخراج العلاقة بين الاقتصاد البشري واقتصاد الأرض (أي البيئة) استخراجاً كاملاً.

مبادئ الاستدامة البيئية

استعراض عام للاستدامة وأنظمة المياه/ الغذاء/ الطاقة والإجراءات بشرية المنشأ وتغير المناخ.

مواضيع مختارة في تقنية المعالجة الخضراء

يدرس سبل تخفيض البصمة البيئية لإنتاج الغذاء والمياه ومواد أخرى.

تحلية المياه

يغطي الجوانب النظرية والعملية لتقنيات تحلية مياه البحر/ المياه قليلة الملوحة. وتشمل المواضيع عمليات التحلية، أداء النظام، التلوث الحيوي، وتكون القشور، والتنظيف، وجودة المياه والمعالجة اللاحقة، واستهلاك الطاقة، والأثر البيئي، والجوانب الاقتصادية، والأنظمة الهجينة، والتحلية باستخدام الطاقة المتجددة، واتجاهات سوق التحلية.

علم الأحياء الدقيقة في الصحة العامة

مدخل إلى تنوع العوامل الجرثومية التي تؤثر على الصحة العامة والأنظمة البيئية. ويفصّل هذا المنهج المخاطر الجرثومية في المياه والتربة والهواء، ويعرّف الطلبة على آلية التقييم الكمي للمخاطر الجرثومية.

الأنظمة البيئية البحرية

يدرس هذا المنهج بنية الأنظمة البيئية البحرية ووظائفها، ويصفها من نطاق المدّ والجزر إلى البحر العميق، ويقدم لمحة عامة عن المبادئ البيئية الناظمة لتوزع الكائنات الحية وسبل تكيفها مع البيئات المتغيرة.

علم بيئة الأحياء الدقيقة البحرية

يقدم لمحة عامة عن بنية ووظائف المجتمعات الجرثومية في المحيطات، بما يشمل نقاشات عن الأساليب والنتائج والفرضيات الجديدة. ويتناول أيضاً الكائنات الحية التي تزدهر في البيئات البحرية ذات الظروف البيئية القاسية، ومنها غابات المنغروف والأحياء الدقيقة التي تعيش في الظروف القاسية.

الحياة البحرية

لمحة عامة عن علم الأحياء البحرية، بما يشمل تنوع المواطن البحرية ومجموعة السلالات الرئيسية التي تستوطن هذه المواطن وعلم الأحياء العام لمختلف الأنواع. وتشمل المواضيع آثار تغير المناخ والآثار البشرية الأخرى على المحيطات.

مواد من أجل الطاقة

يسعى هذا المنهج، الذي يعتبر استعراضاً للتحديات التي تواجه علماء المواد العاملين في مجال الطاقة المتجددة وعلوم وتقنية الاستدامة، إلى منح الطلبة لمحة عامة عن المواضيع الراهنة في تجميع الطاقة ومواد التخزين.

استراتيجيات تدوير الكربون

دراسة متعمقة للأنظمة الهندسية التي تحول الطاقة وتخزنها وتنقلها وتستغلها مع التركيز على التقنيات التي تقلل أو تنهي الاعتماد على أنواع الوقود الأحفوري وانبعاث غازات الدّفيئة. وتشمل المواضيع جوانب الديناميكا الحرارية لتحويل الطاقة ومصادرها وتوليد الطاقة الثابت (دورات طاقة البخار والدورات المشتركة والأنظمة الحرارية الشمسية والانشطار والانصهار النوويان والخلايا الضوئية الشمسية وخلايا الوقود والرياح والطاقة الحرارية الأرضية) واحتجاز الكربون وأنواع الوقود البديلة وأنظمة النقل (محركات الاحتراق الداخلي، والتوربينات الغازية وخلايا الوقود والمركبات الكهربائية).

التقنيات الحرارية المستدامة

دراسة للتقنيات الحرارية المستدامة تغطي بعمق مبادئ العمل وتحليلات الديناميكا الحرارية والتطورات التي أفضت إلى الأنظمة الحرارية الحالية. ويبحث المنهج تحديداً في الطاقة الشمسية (المنتشرة والمركزة) والطاقة الحرارية الأرضية واسترجاع الحرارة المتبددة والمضخات الحرارية والتوليد المشترك للطاقة والاستخدام المباشر للحرارة والتهجين في الاحتراق. ويناقش أيضاً مسائل أوسع متعلقة بالتكامل والجوانب الاقتصادية وإمكانية اختزال الكربون.

الطاقة المتجددة للموائع

يغطي أساسيات تقنيات الطاقة المتجددة للموائع، ومن بينها طاقة الرياح وطاقة الأمواج والطاقة المائية وطاقة المد والجزر. ويشمل مبادئ ميكانيك الموائع لكل تقنية وطرق رفع كفاءتها. يتم عمل تحليلات على مستوى النظام لتقييم كل مصدر وكفاءة تحويله واستخدامه كبديل للمصادر التقليدية.

نظام الطاقة الكهروكيميائية

مدخل إلى تخزين الطاقة المتجددة والهيدروجين باعتباره حاملاً للطاقة ومبادئ أجهزة تحويل ثاني أكسيد الكربون الكهروكيميائية والاختزال الكهروكيميائي لثاني أكسيد الكربون.