آفاق واعدة: أشعة الليزر الزرقاء لأعماق البحار

معالجة تحت الماء باستخدام ليزر ثنائي أزرق – ثقب / اختراق صفيحة فولاذية بسمك 8 مم © Laserline

من القطع والحفر إلى إزالة الطلاء والتخلص من التلوث البحري، تتعدد المهام تحت الماء في البيئة البحرية كعدد حبات الرمل على الشاطئ. وتُنفذ بعض هذه التطبيقات على أعماق تصل إلى آلاف الأمتار. ويُبشر نظام ليزر جديد يعتمد على ليزر ثنائي أزرق بحلٍّ غير تلامسي، قليل الصيانة، وفعّال من حيث التكلفة لمجموعة واسعة من العمليات تحت الماء.

سواءً في صيانة المنصات البحرية، أو تفكيك منصات النفط القديمة، أو فحص المنشآت تحت الماء، فإن متطلبات الدقة والكفاءة والملاءمة البيئية في العمليات تحت سطح البحر تتزايد باستمرار. في الوقت نفسه، تصل الأساليب التقليدية إلى حدودها القصوى بسرعة. تفقد طرق المعالجة الشائعة القائمة على الضغط، مثل نفاثات الماء عالية الضغط المستخدمة لإزالة نمو الطحالب، فعاليتها مع ازدياد العمق بسبب الضغط المعاكس العالي للماء. إضافةً إلى ذلك، تتطلب العديد من هذه الأنظمة صيانة مكثفة وتكون عرضة للتآكل. أما الأدوات الميكانيكية، مثل المناشير الدائرية، فتولد بدورها قوى ارتداد عند ملامستها للمكونات، مما يُزعزع استقرار المركبات التي يتم تشغيلها عن بُعد تحت الماء (ROVs) ويتسبب في كثير من الأحيان في انجرافها بعيدًا.

ونتيجةً لذلك، يُبدي القطاع اهتمامًا كبيرًا بالبدائل التي لا تتطلب تلامسًا أو قوة، وتتميز بانخفاض التآكل والصيانة، وهي إمكانيات تُتيحها تقنية الليزر على وجه الخصوص. إلا أن المحاولات الأولية لم تُكلل بالنجاح المأمول. فقد أثبتت الجهود المبكرة لاستخدام ليزر الأشعة تحت الحمراء التقليدي لقطع الهياكل أثناء تفكيك منصات النفط جدواها جزئيًا فقط. والسبب الرئيسي هو أن الأشعة تحت الحمراء (طول الموجة 1000 نانومتر) تُمتص بالكامل بواسطة الماء في غضون بضعة سنتيمترات فقط، مما يؤدي إلى فقد كبير في الطاقة. ولذلك، بالنسبة للتطبيقات تحت سطح البحر، لا يُمكن إجراء قطع ليزر الأشعة تحت الحمراء إلا باستخدام فوهة هواء أو حجرة مملوءة بالهواء، وهي عملية معقدة ومكلفة، كما أنها تحول دون استخدامها في أعماق أكبر.

الليزر الأزرق كتقنية رئيسية

يُبشّر نظام ليزر تحت الماء مُطوّر حديثًا، يعتمد على ليزرات ثنائية زرقاء من شركة Laserline، بحلّ لهذه المشكلة. فعلى عكس الأشعة تحت الحمراء، لا يمتص الماء الضوء الأزرق المنبعث من هذه الليزرات، بطول موجي يبلغ حوالي 445 نانومترًا، إلا نادرًا. وبذلك، توفر هذه الليزرات نفاذية ممتازة، ما يُتيح الاستفادة من كامل طاقة الليزر تقريبًا، حتى عند الحاجة إلى معالجة المواد على مسافات تصل إلى متر واحد أو أكثر. وبالإضافة إلى قدرة الليزر التي تصل إلى 6 كيلوواط، تُتيح هذه الميزة الفيزيائية إمكانيات جديدة عديدة لمعالجة المواد تحت الماء مباشرةً دون الحاجة إلى قوة أو تلامس، ودون الحاجة إلى حجرة هوائية أو أي بنية تحتية معقدة أخرى.

توفر أنظمة ليزر الصمام الثنائي من Laserline دقة فائقة؛ فعلى سبيل المثال، يمكن ضبط حجم بقعة الليزر بدقة تصل إلى الميكرومتر، والتحكم في الطاقة بدقة متناهية في غضون أجزاء من الثانية. هذه القدرة على ضبط الطاقة بسرعة تجعل النظام مناسبًا بشكل خاص للمهام المعقدة على أعماق كبيرة.

معالجة تحت الماء باستخدام ليزر ثنائي أزرق – ثقب / اختراق صفيحة فولاذية بسمك 8 مم © Laserline

فعال، مرن، اقتصادي

إن الجمع بين الكفاءة العالية والتحكم الدقيق يجعل نظام الليزر الجديد جذابًا للغاية من الناحيتين التقنية والاقتصادية. يقلل المعالجة تحت الماء دون تلامس بشكل ملحوظ من تآكل الأدوات والمكونات، ويخفض استهلاك الطاقة، ويقلل من انبعاث الجزيئات أو المواد الضارة المحتملة. وفيما يتعلق بحماية البيئة والحفاظ على الموارد، تتفوق عملية الليزر الثنائي بوضوح على الطرق الميكانيكية أو الكيميائية التقليدية، التي غالبًا ما تُسبب أضرارًا بيئية وتدهورًا في المواد. ويُعد هذا الأمر بالغ الأهمية لإزالة التلوث البحري، الذي كان يُعالج حتى الآن غالبًا بهذه الطرق، مما يُشكل مخاطر على البيئة والمكونات على حد سواء.

يُوفر النظام أيضًا مزايا لوجستية جديدة. فبينما تتطلب عمليات المعالجة الحرارية التقليدية في أعماق البحار غالبًا استخدام سفن كبيرة متخصصة بتكاليف يومية تتراوح بين خمسة وستة أرقام، يُمكن تشغيل نظام ليزر الديود من سفن إمداد أصغر حجمًا بفضل بنيته المبسطة. وهذا لا يُقلل فقط من تكاليف الصيانة والتشغيل ويُقصر أوقات السفر بشكل ملحوظ، بل يُحسّن أيضًا من جاهزية النظام واستجابة فرق التشغيل. وتكتسب الشركات ميزة تشغيلية بارزة، خاصةً في مهام الصيانة العاجلة أو الإصلاحات الطارئة.

من عمليات القطع إلى إزالة الطحالب

تتنوع التطبيقات الممكنة: من قطع الصفائح المعدنية والأنابيب أثناء إيقاف تشغيل منصات النفط، إلى إزالة الطلاءات والدهانات والترسبات البحرية، وفحص وصيانة الصمامات والهياكل الحاملة على خطوط الأنابيب أو المنصات البحرية. وتغطي الطحالب هذه الأخيرة بشكل خاص بعد بضع سنوات من الخدمة. وهنا، يمكن لمركبة تعمل عن بُعد مزودة بليزر وكاميرا إزالة هذه الطحالب واستعادة الرؤية الواضحة للمكونات الحيوية في غطسة واحدة، ما يمثل ميزة حاسمة لشركات الصيانة ومُكاملِي الأنظمة تحت الماء. كما يمكن تجهيز أنظمة فحص خطوط الأنابيب المدعومة بالروبوتات بليزر ثنائي كإضافة مفيدة.

المعالجة تحت الماء – إزالة الطحالب المتراكمة على الحجر باستخدام ليزر ثنائي أزرق قبل المعالجة. © ليزرلاين

المعالجة تحت الماء – إزالة الطحالب المتراكمة على الحجر باستخدام ليزر ثنائي أزرق أثناء المعالجة. © ليزرلاين

المعالجة تحت الماء – إزالة الطحالب المتراكمة على الحجر باستخدام ليزر ثنائي أزرق بعد المعالجة. © ليزرلاين

قطع خطي لصفائح معدنية رقيقة © ليزرلاين

تكنولوجيا الأنظمة

تم تطوير طرق دمج مختلفة لأشعة الليزر الثنائية، وذلك تبعًا للتطبيق. أحد الخيارات هو تركيب نظام الليزر على مركبة Workhorse ROV، التي يتم تشغيلها عن بُعد من سفينة إمداد عبر كابل توصيل تقليدي. يتميز نظام الليزر، بقدرة خرج تصل إلى 6 كيلوواط، بغلاف خاص لحمايته الدائمة من الماء والضغط والأوساخ. كما أن درجات حرارة المياه المنخفضة باستمرار، والتي تتراوح بين أربع وسبع درجات مئوية في أعماق البحار، تجعل نظام تبريد الليزر المتكامل فعالًا للغاية.

بحسب السيناريو، يمكن تخصيص أنظمة الليزر لتلبية متطلبات العملاء الخاصة. ويمكن تجهيز المركبات تحت الماء بماسحات ليزرية أو بصريات ثابتة، بالإضافة إلى ليزرات ثنائية بفئات طاقة مختلفة، وذلك تبعًا للتطبيق المحدد. مع ذلك، لا يزال التطوير في هذا المجال في مراحله الأولى: فمن المتوقع أن تُمكّن المكونات المعيارية المنفردة، على سبيل المثال، من تصميم أنظمة أكثر إحكامًا، مما سيؤدي في نهاية المطاف إلى تقليل حجم المركبات الموجهة عن بُعد. ومن المتوقع إجراء المزيد من التحسينات: ستستمر قوة الليزر وكفاءة الطاقة في الازدياد، كما أن لأنظمة التعرف على الصور إمكانية دمجها مع الذكاء الاصطناعي في المستقبل لتحديد بقع التلوث أو التآكل تلقائيًا.

دراسة حالة: تنظيف هياكل السفن باستخدام الليزر الأزرق

يمكن الاستفادة من خصائص النقل المتميزة للأطوال الموجية الزرقاء في الماء لمكافحة التلوث البيولوجي على هياكل السفن. في مشروع البحث "FoulLas"، الممول من وكالة يوليش للمشاريع باستخدام موارد من الوزارة الاتحادية الألمانية للشؤون الاقتصادية والعمل المناخي (BMWK)، أثبت شركاء المشروع - معهد فراونهوفر لتكنولوجيا التصنيع وأبحاث المواد التطبيقية (IFAM)، وشركة Laserline GmbH، ومركز هانوفر لليزر (LZH) - لأول مرة أن التشعيع الليزري الموجه تحت الماء قادر على إتلاف التلوث البحري، مثل الطحالب وبلح البحر والبرنقيل، بشكل قاتل دون الإضرار بالطلاءات الواقية الموجودة أسفله. بعد المعالجة، ينفصل التلوث الميت بشكل طبيعي خلال رحلة السفينة التالية بفعل قوى القص في الماء. تُعد هذه الطريقة بديلاً واعداً للعمليات الميكانيكية، التي غالباً ما تُلحق الضرر بالطلاءات وتُطلق الكائنات الحية.

يقوم مشروع متابعة يسمى "FoulLas2" الآن بنقل نتائج المختبر هذه إلى الممارسة العملية: زاحف تحت الماء شبه مستقل، ملتصق مغناطيسيًا ومجهز ببصريات ليزر متكاملة، سيقوم بمسح هيكل السفينة بشكل منهجي وتشعيع التلوث مباشرة.

الخلاصة: وضع معايير جديدة في تكنولوجيا ما تحت الماء

بشكل عام، يُمثل ليزر الصمام الثنائي الأزرق إنجازًا تقنيًا بارزًا في الصناعة البحرية. فهو يجمع بين الكفاءة والدقة والملاءمة البيئية في نظام صغير الحجم، ويفتح آفاقًا جديدة للمعالجة تحت الماء. سواءً كان ذلك لصيانة المنصات البحرية، أو فحص خطوط الأنابيب، أو إزالة التلوث البحري، يُوفر الليزر حلاً فعالاً ومستدامًا للعديد من التطبيقات. بالنسبة لشركات الخدمات والصيانة والتوريد في قطاع ما تحت سطح البحر، يفتح هذا النظام آفاقًا تقنية جديدة، وقد يحل محل العديد من الطرق التقليدية للمعالجة تحت الماء على المدى المتوسط إلى الطويل.

معامل قدرة نقل ضوء الليزر تحت الماء بالأشعة تحت الحمراء والضوء الأزرق © ليزرلاين