Katika majangwa ya Falme za Kiarabu, mradi mkubwa wa nishati safi—unaochukua eneo takriban sawa na uwanja wa mpira wa miguu 12,600—unakaribia kufikia mafanikio makubwa: kutumia nishati ya jua kusambaza nishati sawa na inayotumiwa na nyumba laki tano usiku kucha. Nchi hiyo ya Ghuba imekuwa ikichanganya uwezo wa jua wa gigawati 5.2 (GW) na uhifadhi wa betri wa saa za gigawati 19 (GWh) ili kuunda mfumo mkubwa zaidi wa betri duniani.
Wakati huo huo, umbali wa maili 7,500 hivi katika Maabara ya Kitaifa ya Nishati Mbadala ya Marekani huko Colorado, watafiti na wahandisi wanatengeneza baadhi ya betri ndogo zaidi kuwahi kutengenezwa. Hizi ni ndogo ikilinganishwa na betri za lithiamu-ioni za gridi zinazotumiwa kuhifadhi nishati mbadala. Zimeundwa kuwezesha vitambulisho vya kielektroniki vitakavyofuatilia samaki wachanga wa aina ya salmon na eels, ambao wana urefu wa inchi 3 (sentimita 7.5).
Kadiri betri za kawaida za lithiamu-ioni zinavyosukuma mipaka ya ukubwa na kiwango, aina nyingine za betri zinaweza kuchukua jukumu muhimu sawa katika kutumia nishati ya kaboni ya chini—bila hitaji la madini muhimu kama lithiamu, kobalti, na nikeli, ambayo yamezua wasiwasi kuhusu uharibifu wa mazingira na madhara kwa jamii zilizo katika mazingira magumu.
Tofauti na betri za lithiamu-ioni, ambazo zina idadi ndogo ya mizunguko ya kuchaji na kutoa chaji, teknolojia nyingi hizi mbadala za betri zinaweza kutumika kwa muda usio na kikomo na kusindikwa tena baada ya maisha yao ya huduma ya miaka 20 kuisha. Watengenezaji tayari wanageukia anuwai ya vifaa kuhifadhi umeme mbadala wakati unapatikana na kuitumia kuwezesha kila kitu kutoka kwa teknolojia inayovaliwa hadi mitandao ya kupasha joto, viwanda, na hata makombora.
Hapa kuna baadhi ya teknolojia za kibunifu zaidi za uhifadhi wa nishati zinazovutia habari.
Hewa Kioevu
Mwishoni mwa mwaka jana, kwenye eneo la kiwanda cha zamani cha makaa huko Trafford, meya wa zamani wa Greater Manchester aliadhimisha kuanza kwa ujenzi wa mradi wa uhifadhi wa nishati uliosubiriwa kwa muda mrefu ambao unaweza kuchochea "kuanza upya kwa viwanda" katika eneo hilo. Andy Burnham alisema maendeleo ya kundi la kijani la Trafford, linalojumuisha betri ya baridi ya "hewa kioevu" ya Carrington, yanaweza kufanya "muongo huu kuwa wa kusisimua zaidi tangu kipindi cha Victoria kwa Greater Manchester."
Kwa maneno rahisi, mradi wa Carrington—uliotengenezwa na kampuni ya kuanzia ya Uingereza Highview Power—unalenga kunasa nishati mbadala wakati inapoongezeka na kuihifadhi kama hewa kioevu. Kwa nadharia, "betri ya baridi" inaweza kuhifadhi nishati kwa saa, siku, au hata wiki. Sayansi ni ngumu zaidi: Carrington hutumia nishati mbadala ya ziada kupoza hewa hadi -196°C, na kuigeuza kuwa kioevu kinachochukua 1/700 ya ujazo wake wa asili. Inabaki katika hali hii hadi nishati mbadala ipungue na bei za soko zipande. Kisha, kioevu kinaruhusiwa kurudi kuwa gesi, kikipanuka kwa kasi kupitia turbine kuzalisha umeme bila uzalishaji wa kawaida wa mitambo ya gesi.
Mradi umekumbana na ucheleweshaji kadhaa, lakini ukianza kufanya kazi—unatarajiwa mwishoni mwa mwaka—utatoa uhifadhi wa MWh 300 na kusambaza MW 50 ya nishati kwa saa sita. Hiyo ni nishati safi na mbadala ya kutosha kuwezesha karibu nyumba laki tano.
Chumvi Iliyoyeyushwa
Wakati nishati inahifadhiwa kwa joto la chini ya sufuri huko Manchester, mbinu tofauti inatumiwa katika jangwa la Nevada. Huko, vioo 10,000 vinazalisha umeme kwa mradi wa Crescent Dunes, ambao umetumia miaka 10 iliyopita kutumia nguvu ya jua kupasha joto hifadhi ya nitrati ya potasiamu na sodiamu hadi 560°C. Joto hili linaweza kudumishwa kwa saa 10 baada ya jua kutua, na nishati ya joto iliyohifadhiwa hubadilishwa kuwa umeme kwa kutumia joto kuendesha turbine ya kawaida inayozunguka.
Uhifadhi wa chumvi iliyoyeyushwa ni njia bora ya kuhifadhi umeme safi kama joto. Betri hizi za chumvi iliyoyeyushwa hutumika kama chanzo kikuu cha nishati kwa makombora mengi ya kisasa ya kuongozwa na silaha za nyuklia. Zinafanya kazi kama "betri za akiba," zikishikilia nishati hadi joto kutoka kwa chaji ya piroteknik—inayoanzishwa wakati silaha inaporushwa—litoa nishati hiyo iliyohifadhiwa.
Katika miaka ya 2020, Denmark ilionyesha kuwa uhifadhi wa chumvi iliyoyeyushwa unaweza pia kusaidia kutatua changamoto ya kupunguza kaboni katika viwanda vizito. Nchi hiyo, inayoongoza katika nishati ya upepo, ilizindua mradi mkubwa wa betri ya chumvi iliyoyeyushwa mapema mwaka huu wenye uwezo wa GWh 1. Inaweza kuhifadhi umeme safi kwa hadi wiki mbili kwa kupasha joto chumvi hadi karibu 600°C. Inapohitajika, chumvi moto huzungushwa kupitia jenereta inayozalisha mvuke wa joto la juu, ambao unaweza kutumika moja kwa moja katika michakato ya viwanda.
Mchanga
Kama vile umeme mbadala unavyoweza kuhifadhiwa kwa kupasha joto chumvi, nishati safi pia inaweza kuhifadhiwa kwenye mchanga.
Katika mji mdogo wa Pornainen kusini mwa Finland, maelfu ya tani za mchanga husaidia kuhifadhi nishati inayotumiwa kupasha joto shule, maktaba, na majumba ya mji. Hii inapaswa kuruhusu eneo hilo kuacha kabisa kutumia mafuta katika mtandao wake wa kupasha joto na kupunguza matumizi yake ya chips za mbao kwa takriban 60%.
Betri ya mchanga hutumia takriban tani 2,000 za mawe ya sabuni yaliyokandamizwa kuhifadhi nishati safi kama joto, ikitoa MW 1 ya nishati ya joto na uwezo wa uhifadhi wa MWh 100. Katika majira ya joto, betri ya mchanga—yenye urefu wa meta 13 na upana wa meta 15—inaweza kufidia karibu mahitaji ya joto ya mwezi mmoja huko Pornainen. Katika majira ya baridi, inaweza kufidia karibu wiki moja. Hii ni takriban mara kumi kubwa kuliko toleo la awali lililozinduliwa nchini humo mwaka 2022, ikionyesha uwezo wa betri za mchanga kuchukua jukumu kubwa zaidi katika kupunguza uzalishaji nchini Finland.
Teknolojia ya Jasho
Huko Japani, watafiti katika Chuo Kikuu cha Sayansi cha Tokyo wanachunguza ikiwa jasho la binadamu linaweza kuwa chanzo cha nishati kinachowezekana cha kuwezesha teknolojia inayovaliwa.
Kwa kutibu mwili kama chanzo cha nishati kinachoweza kutoa nguvu endelevu, watafiti wanatarajia kutatua tatizo la kuwezesha vitambuzi katika vifaa vinavyovaliwa bila kutegemea betri ndogo zinazovifanya kuwa vizito na kuhitaji kuchaji mara kwa mara.
Kwa kujibu, wameunda kiraka chembamba kinachovaliwa ambacho kinazalisha umeme moja kwa moja kutoka kwa jasho la binadamu. Kinatumia seli ya mafuta ya kibayolojia ya kimeng'enya kunasa misombo ya kemikali—hasa lactate—inayotolewa kwenye jasho na kuibadilisha kuwa nishati. Jasho linapogusana na seli, vimeng'enya vilivyowekwa kwenye kiraka huchochea mmenyuko wa kibayokemia unaotoa elektroni.
Hii inamaanisha kuwa umeme unaweza kuzalishwa bila chanzo chochote cha nishati cha nje, wakati wa shughuli za kila siku kama kutembea, kufanya mazoezi, au kutekeleza majukumu.
Maswali Yanayoulizwa Mara kwa Mara
Hapa kuna orodha ya maswali yanayoulizwa mara kwa mara kuhusu betri zisizo za kawaida zinazotumia chumvi iliyoyeyushwa na jasho la binadamu kuhifadhi nishati mbadala, yaliyoandikwa kwa sauti ya asili na majibu wazi rahisi.
Maswali ya Kiwango cha Waanzilishi
Swali: Je, kweli tunatumia jasho la binadamu kuhifadhi nishati?
Jibu: Ndiyo, lakini si kwa njia unayofikiria. Watafiti wanatengeneza betri nyembamba sana inayoweza kujipinda inayotumia chumvi iliyomo kwenye jasho la binadamu kama mafuta ya kemikali. Unapotoa jasho, betri huzalisha kiasi kidogo cha umeme—cha kutosha kuwezesha vitambuzi vidogo au vifaa vinavyovaliwa.
Swali: Betri ya chumvi iliyoyeyushwa ni nini?
Jibu: Ni betri kubwa ya viwandani inayotumia chumvi iliyopashwa joto hadi kuwa kioevu. Chumvi hii kioevu hufanya kama sifongo, ikihifadhi joto au umeme. Inatumiwa hasa kuhifadhi nishati kutoka kwa nishati ya jua au upepo kwa matumizi ya baadaye.
Swali: Kwa nini tunahitaji betri zilizotengenezwa kutoka kwa jasho au chumvi iliyoyeyushwa?
Jibu: Betri za kawaida zinaweza kuwa ghali, ngumu kusindika, au kuwaka moto. Betri za jasho ni nzuri kwa vifaa vinavyovaliwa kwa sababu ni salama na hazihitaji kuchaji kamwe. Betri za chumvi iliyoyeyushwa ni nzuri kwa gridi ya umeme kwa sababu zinaweza kuhifadhi kiasi kikubwa cha nishati kwa gharama nafuu na kudumu kwa miongo kadhaa.
Swali: Betri ya jasho inafanya kazi vipi hasa?
Jibu: Jasho lako lina chumvi. Kimeng'enya maalum kwenye betri humenyuka na lactate kuunda mkondo mdogo wa umeme. Kadri unavyotoa jasho zaidi, ndivyo nishati inavyozidi kuwa nyingi.
Swali: Je, betri ya chumvi iliyoyeyushwa inaweza kuwezesha nyumba yangu?
Jibu: Ndiyo, lakini si moja kwa moja. Betri hizi kwa kawaida hujengwa kwa kiwango kikubwa kwa ajili ya vitongoji vyote au mashamba ya jua. Huhifadhi joto na baadaye kuligeuza kuwa umeme wa kuwezesha maelfu ya nyumba.
Maswali ya Kiwango cha Juu na Kiteknolojia
Swali: Ni faida gani kubwa zaidi ya betri za chumvi iliyoyeyushwa dhidi ya lithiamu-ioni?
Jibu: Gharama na maisha marefu. Betri za chumvi iliyoyeyushwa hutumia vifaa vya bei nafuu na vinavyopatikana kwa wingi. Zinaweza kudumu miaka 20-30 bila kupoteza uwezo mwingi, wakati betri za lithiamu huanza kudhoofika baada ya miaka 5-10. Pia hazichomi moto.
Swali: Chumvi hupata joto kiasi gani kwenye betri ya chumvi iliyoyeyushwa?
