في صحاري دولة الإمارات العربية المتحدة، مشروع ضخم للطاقة النظيفة - يمتد على مساحة تعادل تقريباً حجم 12,600 ملعب كرة قدم - على وشك تحقيق اختراق: استخدام الطاقة الشمسية لتوفير طاقة تعادل احتياجات نصف مليون منزل طوال الليل. تعمل الدولة الخليجية باستمرار على دمج 5.2 جيجاواط من الطاقة الشمسية مع 19 جيجاواط/ساعة من تخزين البطاريات لإنشاء أكبر نظام بطاريات في العالم.
في الوقت نفسه، على بعد حوالي 7,500 ميل في المختبر الوطني للطاقة المتجددة في كولورادو بالولايات المتحدة، يطور الباحثون والمهندسون بعضاً من أصغر البطاريات التي تم صنعها على الإطلاق. هذه البطاريات صغيرة جداً مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون المستخدمة على نطاق الشبكات لتخزين الطاقة المتجددة. وهي مصممة لتشغيل علامات إلكترونية ستتتبع صغار سمك السلمون والثعابين المائية، التي يبلغ طولها حوالي 3 بوصات (7.5 سم).
بينما تدفع بطاريات الليثيوم أيون التقليدية حدود الحجم والنطاق، يمكن لأنواع أخرى من البطاريات أن تلعب دوراً حيوياً مماثلاً في تسخير الطاقة منخفضة الكربون - دون الحاجة إلى معادن حرجة مثل الليثيوم والكوبالت والنيكل، التي أثارت مخاوف بشأن الضرر البيئي والأذى للمجتمعات الضعيفة.
على عكس بطاريات الليثيوم أيون، التي لها عدد محدود من دورات الشحن والتفريغ، يمكن استخدام العديد من تقنيات البطاريات البديلة هذه إلى أجل غير مسمى وإعادة تدويرها بعد انتهاء عمرها الافتراضي البالغ 20 عاماً. يتجه المطورون بالفعل إلى مجموعة واسعة من المواد لتخزين الكهرباء المتجددة عندما تكون متاحة واستخدامها لتشغيل كل شيء بدءاً من التكنولوجيا القابلة للارتداء إلى شبكات التدفئة والمصانع وحتى الصواريخ.
فيما يلي بعض من أكثر تقنيات تخزين الطاقة ابتكاراً التي تتصدر العناوين.
الهواء السائل
في أواخر العام الماضي، في موقع محطة فحم سابقة في ترافورد، أشار عمدة مانشستر الكبرى السابق إلى بدء البناء في مشروع تخزين طاقة طال انتظاره قد يشعل "إعادة التصنيع" في المنطقة. قال آندي بورنهام إن تطوير الكتلة الخضراء في ترافورد، والتي تشمل بطارية "الهواء السائل" المبردة في كارينغتون، يمكن أن يجعل "هذا العقد هو الأكثر إثارة منذ العصر الفيكتوري لمانشستر الكبرى".
بعبارات بسيطة، يهدف مشروع كارينغتون - الذي طورته الشركة الناشئة البريطانية هايفيو باور - إلى التقاط الطاقة المتجددة عندما تكون وفيرة وتخزينها كهواء سائل. من الناحية النظرية، يمكن لـ "بطارية مبردة" تخزين الطاقة لساعات أو أيام أو حتى أسابيع. العلم أكثر تعقيداً: يستخدم كارينغتون فائض الطاقة المتجددة لتبريد الهواء إلى -196 درجة مئوية، وتحويله إلى سائل يشغل 1/700 من حجمه الأصلي. يبقى في هذه الحالة حتى تصبح الطاقة المتجددة نادرة وترتفع أسعار السوق. ثم يُسمح للسائل بالتحول مرة أخرى إلى غاز، يتمدد بسرعة عبر توربين لتوليد الكهرباء دون الانبعاثات النموذجية لمحطات الطاقة التي تعمل بالغاز.
واجه المشروع عدة تأخيرات، ولكن بمجرد أن يبدأ التشغيل - متوقع بحلول نهاية العام - سيوفر 300 ميجاواط/ساعة من التخزين ويوفر 50 ميجاواط من الطاقة لمدة ست ساعات. هذا يكفي من الطاقة النظيفة والمتجددة لتشغيل ما يقرب من نصف مليون منزل.
الملح المنصهر
بينما يتم تخزين الطاقة في درجات حرارة تحت الصفر في مانشستر، يُستخدم النهج المعاكس في صحراء نيفادا. هناك، تولد 10,000 مرآة الكهرباء لمشروع كريسنت ديونز، الذي أمضى السنوات العشر الماضية في استخدام طاقة الشمس لتسخين خزان من نترات البوتاسيوم والصوديوم إلى 560 درجة مئوية. يمكن الحفاظ على درجة الحرارة هذه لمدة 10 ساعات بعد غروب الشمس، ثم يتم تحويل الطاقة الحرارية المخزنة إلى كهرباء باستخدام الحرارة لتدوير توربين دوار تقليدي. يعد تخزين الملح المنصهر وسيلة فعالة لتخزين الكهرباء النظيفة كحرارة. تعمل بطاريات الملح المنصهر هذه كمصدر طاقة رئيسي لمعظم الصواريخ الموجهة الحديثة والأسلحة النووية. تعمل كـ "بطاريات احتياطية"، حيث تحتفظ بالطاقة حتى تطلق حرارة شحنة نارية - يتم تفعيلها عند إطلاق السلاح - تلك الطاقة المخزنة.
في العقد 2020، أظهرت الدنمارك أن تخزين الملح المنصهر يمكن أن يساعد أيضاً في حل تحدي إزالة الكربون من الصناعة الثقيلة. كشفت الدولة، الرائدة في طاقة الرياح، عن مشروع بطارية ملح منصهر واسع النطاق في وقت سابق من هذا العام بسعة 1 جيجاواط/ساعة. يمكنه تخزين الكهرباء النظيفة لمدة تصل إلى أسبوعين عن طريق تسخين الأملاح إلى حوالي 600 درجة مئوية. عند الحاجة، يتم تدوير الملح الساخن عبر مولد ينتج بخاراً عالي الحرارة، يمكن استخدامه مباشرة في العمليات الصناعية.
الرمل
تماماً كما يمكن تخزين الكهرباء المتجددة عن طريق تسخين الملح، يمكن أيضاً تخزين الطاقة النظيفة في الرمل.
في بلدة بورناينن الصغيرة في جنوب فنلندا، تساعد آلاف الأطنان من الرمل في تخزين الطاقة المستخدمة لتدفئة المدارس والمكتبات وقاعات البلدات. يجب أن يسمح هذا للمنطقة بالتوقف تماماً عن استخدام النفط في شبكة التدفئة المحلية وتقليل استخدام رقائق الخشب بنحو 60%.
تستخدم بطارية الرمل حوالي 2,000 طن من حجر الصابون المسحوق لتخزين الطاقة النظيفة كحرارة، مما يوفر 1 ميجاواط من الطاقة الحرارية وسعة تخزينية تبلغ 100 ميجاواط/ساعة. في الصيف، يمكن لبطارية الرمل - التي يبلغ ارتفاعها حوالي 13 متراً وعرضها 15 متراً - أن تغطي ما يقرب من شهر من الطلب على الحرارة في بورناينن. في الشتاء، يمكنها تغطية ما يقرب من أسبوع. هذا أكبر بحوالي عشر مرات من نسخة سابقة تم إطلاقها في البلاد في عام 2022، مما يسلط الضوء على إمكانات بطاريات الرمل للعب دور أكبر في خفض الانبعاثات في جميع أنحاء فنلندا.
تقنية العرق
في اليابان، يستكشف باحثون في جامعة طوكيو للعلوم ما إذا كان عرق الإنسان يمكن أن يكون مصدر طاقة قابلاً للتطبيق لتشغيل التكنولوجيا القابلة للارتداء.
من خلال معالجة الجسم كمصدر طاقة يمكن أن يوفر طاقة مستمرة، يأمل الباحثون في حل مشكلة تشغيل أجهزة الاستشعار في الأجهزة القابلة للارتداء دون الاعتماد على بطاريات صغيرة تجعلها ضخمة وتتطلب شحناً مستمراً.
رداً على ذلك، طوروا رقعة رقيقة قابلة للارتداء تولد الكهرباء مباشرة من عرق الإنسان. تستخدم خلية وقود حيوية إنزيمية لالتقاط المركبات الكيميائية - خاصة اللاكتات - المنبعثة في العرق وتحويلها إلى طاقة. عندما يتلامس العرق مع الخلية، تؤدي الإنزيمات المضمنة في الرقعة إلى تفاعل كيميائي حيوي يطلق الإلكترونات.
هذا يعني أنه يمكن توليد الكهرباء دون أي مصدر طاقة خارجي، أثناء الأنشطة اليومية مثل المشي أو ممارسة الرياضة أو أداء المهمات.
الأسئلة الشائعة
فيما يلي قائمة بالأسئلة الشائعة حول البطاريات غير العادية التي تستخدم الملح المنصهر وعرق الإنسان لتخزين الطاقة المتجددة، مكتوبة بأسلوب طبيعي مع إجابات واضحة وبسيطة.
أسئلة للمبتدئين
س: مهلاً، هل نستخدم حقاً عرق الإنسان لتخزين الطاقة؟
ج: نعم، ولكن ليس بالطريقة التي قد تتخيلها. يطور الباحثون بطارية فائقة الرقة والمرونة تستخدم الملح الموجود في عرق الإنسان كوقود كيميائي. عندما تتعرق، تولد البطارية كمية صغيرة من الكهرباء - كافية لتشغيل أجهزة استشعار صغيرة أو أجهزة قابلة للارتداء.
س: ما هي بطارية الملح المنصهر؟
ج: إنها بطارية صناعية كبيرة تستخدم ملحاً يتم تسخينه حتى يصبح سائلاً. يعمل هذا الملح السائل مثل الإسفنجة، حيث يخزن الحرارة أو الكهرباء. تُستخدم بشكل أساسي لتخزين الطاقة من الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح لاستخدامها لاحقاً.
س: لماذا نحتاج إلى بطاريات مصنوعة من العرق أو الملح المنصهر؟
ج: يمكن أن تكون البطاريات العادية باهظة الثمن، أو يصعب إعادة تدويرها، أو تشتعل فيها النيران. بطاريات العرق مثالية للأجهزة القابلة للارتداء لأنها آمنة ولا تحتاج أبداً إلى الشحن. بطاريات الملح المنصهر رائعة لشبكات الطاقة لأنها تستطيع تخزين كميات هائلة من الطاقة بتكلفة زهيدة وتدوم لعقود.
س: كيف تعمل بطارية العرق فعلياً؟
ج: يحتوي عرقك على ملح. يتفاعل إنزيم خاص في البطارية مع اللاكتات لإنتاج تيار كهربائي صغير. كلما زاد تعرقك، زادت الطاقة التي تنتجها.
س: هل يمكن لبطارية الملح المنصهر تشغيل منزلي؟
ج: نعم، ولكن ليس بشكل مباشر. عادة ما تُبنى هذه البطاريات على نطاق واسع لأحياء بأكملها أو مزارع شمسية. تخزن الحرارة ثم تحولها لاحقاً إلى كهرباء لتشغيل آلاف المنازل.
أسئلة تقنية متقدمة
س: ما هي أكبر ميزة لبطاريات الملح المنصهر مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون؟
ج: التكلفة والعمر الافتراضي. يستخدم الملح المنصهر مواد رخيصة ومتوفرة بكثرة. يمكن أن تدوم من 20 إلى 30 عاماً دون فقدان كبير في السعة، بينما تبدأ بطاريات الليثيوم في التدهور بعد 5 إلى 10 سنوات. كما أنها لا تشتعل فيها النيران.
س: ما مدى سخونة الملح في بطارية الملح المنصهر؟
