در بیابانهای امارات متحده عربی، یک پروژه عظیم انرژی پاک—که مساحتی تقریباً به اندازه ۱۲,۶۰۰ زمین فوتبال را پوشش میدهد—در آستانه دستیابی به یک پیشرفت است: استفاده از انرژی خورشیدی برای تأمین برق معادل نیم میلیون خانه در طول شب. این کشور حاشیه خلیج فارس به طور پیوسته ۵.۲ گیگاوات ظرفیت خورشیدی را با ۱۹ گیگاواتساعت ذخیرهسازی باتری ترکیب کرده تا بزرگترین سیستم باتری جهان را ایجاد کند.
در همین حال، در فاصله حدود ۷,۵۰۰ مایلی، در آزمایشگاه ملی انرژی تجدیدپذیر ایالات متحده در کلرادو، محققان و مهندسان در حال توسعه برخی از کوچکترین باتریهای ساختهشده تا به امروز هستند. این باتریها در مقایسه با باتریهای لیتیوم-یونی در مقیاس شبکه که برای ذخیره انرژی تجدیدپذیر استفاده میشوند، بسیار کوچک هستند. آنها برای تأمین انرژی برچسبهای الکترونیکی طراحی شدهاند که ماهیهای آزاد و مارماهیهای جوان—با طول حدود ۳ اینچ (۷.۵ سانتیمتر)—را ردیابی خواهند کرد.
در حالی که باتریهای سنتی لیتیوم-یونی مرزهای اندازه و مقیاس را جابهجا میکنند، انواع دیگر باتریها میتوانند نقشی به همان اندازه حیاتی در مهار انرژی کمکربن ایفا کنند—بدون نیاز به مواد معدنی حیاتی مانند لیتیوم، کبالت و نیکل که نگرانیهایی درباره آسیب زیستمحیطی و آسیب به جوامع آسیبپذیر ایجاد کردهاند.
برخلاف باتریهای لیتیوم-یونی که تعداد محدودی چرخه شارژ و دشارژ دارند، بسیاری از این فناوریهای باتری جایگزین میتوانند به طور نامحدود استفاده شوند و پس از پایان عمر ۲۰ ساله خود بازیافت شوند. توسعهدهندگان در حال حاضر به طیف گستردهای از مواد روی آوردهاند تا برق تجدیدپذیر را در زمان در دسترس بودن ذخیره کرده و از آن برای تأمین انرژی همه چیز از فناوریهای پوشیدنی گرفته تا شبکههای گرمایشی، کارخانهها و حتی موشکها استفاده کنند.
در اینجا برخی از نوآورانهترین فناوریهای ذخیرهسازی انرژی که خبرساز شدهاند، آورده شده است.
هوای مایع
اواخر سال گذشته، در محل یک نیروگاه زغالسنگ سابق در ترافورد، شهردار سابق منچستر بزرگ، آغاز ساخت یک پروژه ذخیرهسازی انرژی را که مدتها انتظارش میرفت، اعلام کرد که میتواند باعث «صنعتیسازی مجدد» منطقه شود. اندی برنهام گفت توسعه خوشه سبز ترافورد، که شامل باتری برودتی «هوای مایع» کارینگتون است، میتواند «این دهه را برای منچستر بزرگ از دوره ویکتوریایی هیجانانگیزتر کند».
به زبان ساده، پروژه کارینگتون—که توسط استارتآپ بریتانیایی هایویو پاور توسعه یافته—هدفش جذب انرژی تجدیدپذیر در زمان فراوانی و ذخیره آن به صورت هوای مایع است. در تئوری، یک «باتری برودتی» میتواند انرژی را برای ساعتها، روزها یا حتی هفتهها ذخیره کند. علم پیچیدهتر است: کارینگتون از انرژی تجدیدپذیر مازاد برای خنک کردن هوا تا ۱۹۶- درجه سانتیگراد استفاده میکند و آن را به مایعی تبدیل میکند که ۱/۷۰۰ حجم اولیه خود را اشغال میکند. این ماده در این حالت باقی میماند تا زمانی که انرژی تجدیدپذیر کمیاب شود و قیمت بازار افزایش یابد. سپس، مایع اجازه مییابد دوباره به گاز تبدیل شود و به سرعت از طریق یک توربین منبسط شده و برق تولید کند، بدون انتشار گازهای گلخانهای که معمولاً در نیروگاههای گازی دیده میشود.
این پروژه با چندین تأخیر مواجه شده است، اما زمانی که عملیات آن آغاز شود—که انتظار میرود تا پایان سال باشد—۳۰۰ مگاواتساعت ذخیرهسازی فراهم کرده و ۵۰ مگاوات برق به مدت شش ساعت تحویل دهد. این مقدار انرژی پاک و تجدیدپذیر برای تأمین برق نزدیک به نیم میلیون خانه کافی است.
نمک مذاب
در حالی که انرژی در منچستر در دماهای زیر صفر ذخیره میشود، رویکرد مخالف در بیابان نوادا استفاده میشود. در آنجا، ۱۰,۰۰۰ آینه برای پروژه کرسنت دونز برق تولید میکنند که ۱۰ سال گذشته را صرف استفاده از قدرت خورشید برای گرم کردن یک مخزن از نیترات پتاسیم و سدیم تا ۵۶۰ درجه سانتیگراد کرده است. این دما میتواند تا ۱۰ ساعت پس از غروب خورشید حفظ شود و سپس انرژی حرارتی ذخیرهشده با استفاده از گرما برای به حرکت درآوردن یک توربین چرخان سنتی به برق تبدیل میشود. ذخیرهسازی نمک مذاب راهی مؤثر برای ذخیره برق پاک به صورت گرما است. این باتریهای نمک مذاب به عنوان منبع اصلی برق برای اکثر موشکهای هدایتشونده مدرن و سلاحهای هستهای عمل میکنند. آنها به عنوان «باتریهای ذخیره» کار میکنند و انرژی را تا زمانی که گرمای ناشی از یک بار آتشزایی—که هنگام پرتاب سلاح فعال میشود—آن انرژی ذخیرهشده را آزاد کند، نگه میدارند.
در دهه ۲۰۲۰، دانمارک نشان داد که ذخیرهسازی نمک مذاب میتواند به حل چالش کربنزدایی از صنایع سنگین نیز کمک کند. این کشور، که پیشرو در انرژی بادی است، اوایل امسال یک پروژه باتری نمک مذاب در مقیاس بزرگ با ظرفیت ۱ گیگاواتساعت رونمایی کرد. این پروژه میتواند برق پاک را تا دو هفته با گرم کردن نمکها تا حدود ۶۰۰ درجه سانتیگراد ذخیره کند. در صورت نیاز، نمک داغ از طریق یک ژنراتور که بخار با دمای بالا تولید میکند، به گردش در میآید که میتواند مستقیماً در فرآیندهای صنعتی استفاده شود.
شن
همانطور که برق تجدیدپذیر را میتوان با گرم کردن نمک ذخیره کرد، انرژی پاک را نیز میتوان در شن ذخیره کرد.
در شهر کوچک پورناینن در جنوب فنلاند، هزاران تن شن به ذخیره انرژی مورد استفاده برای گرمایش مدارس، کتابخانهها و تالارهای شهر کمک میکند. این امر باید به این منطقه اجازه دهد تا استفاده از نفت را در شبکه گرمایش محلی خود به طور کامل متوقف کرده و مصرف تراشههای چوبی را حدود ۶۰٪ کاهش دهد.
باتری شنی از حدود ۲,۰۰۰ تن سنگ صابون خردشده برای ذخیره انرژی پاک به صورت گرما استفاده میکند و ۱ مگاوات توان حرارتی و ظرفیت ذخیرهسازی ۱۰۰ مگاواتساعت فراهم میکند. در تابستان، باتری شنی—با ارتفاع حدود ۱۳ متر و عرض ۱۵ متر—میتواند نزدیک به یک ماه نیاز گرمایشی پورناینن را پوشش دهد. در زمستان، میتواند نزدیک به یک هفته را پوشش دهد. این حدود ده برابر بزرگتر از نسخه قبلی است که در سال ۲۰۲۲ در این کشور راهاندازی شد و پتانسیل باتریهای شنی برای ایفای نقش بزرگتر در کاهش انتشار گازهای گلخانهای در سراسر فنلاند را برجسته میکند.
فناوری عرق
در ژاپن، محققان دانشگاه علوم توکیو در حال بررسی این هستند که آیا عرق انسان میتواند منبع انرژی مناسبی برای تأمین برق فناوریهای پوشیدنی باشد.
با در نظر گرفتن بدن به عنوان یک منبع انرژی که میتواند برق پیوسته فراهم کند، محققان امیدوارند مشکل تأمین انرژی حسگرهای دستگاههای پوشیدنی را بدون اتکا به باتریهای کوچکی که آنها را حجیم کرده و نیاز به شارژ مداوم دارند، حل کنند.
در پاسخ، آنها یک پچ نازک و پوشیدنی ساختهاند که مستقیماً از عرق انسان برق تولید میکند. این پچ از یک سلول سوختی آنزیمی برای جذب ترکیبات شیمیایی—به ویژه لاکتات—که در عرق آزاد میشوند و تبدیل آنها به انرژی استفاده میکند. هنگامی که عرق با سلول تماس پیدا میکند، آنزیمهای تعبیهشده در پچ یک واکنش بیوشیمیایی را آغاز میکنند که الکترونها را آزاد میکند.
این بدان معناست که برق میتواند بدون هیچ منبع انرژی خارجی، در طول فعالیتهای روزمره مانند راه رفتن، ورزش کردن یا انجام کارهای روزمره تولید شود.
سؤالات متداول
در اینجا لیستی از سؤالات متداول درباره باتریهای غیرمعمولی که از نمک مذاب و عرق انسان برای ذخیره انرژی تجدیدپذیر استفاده میکنند، به زبانی طبیعی با پاسخهای ساده و واضح آورده شده است.
سؤالات سطح مبتدی
س: صبر کنید، واقعاً از عرق انسان برای ذخیره انرژی استفاده میکنیم؟
پ: بله، اما نه به روشی که فکر میکنید. محققان در حال ساخت یک باتری فوقنازک و انعطافپذیر هستند که از نمک موجود در عرق انسان به عنوان سوخت شیمیایی استفاده میکند. وقتی عرق میکنید، باتری مقدار کمی برق تولید میکند—به اندازهای که حسگرهای کوچک یا دستگاههای پوشیدنی را تغذیه کند.
س: باتری نمک مذاب چیست؟
پ: این یک باتری صنعتی بزرگ است که از نمک گرمشده تا زمانی که به مایع تبدیل شود، استفاده میکند. این نمک مایع مانند یک اسفنج عمل میکند و گرما یا برق را ذخیره میکند. عمدتاً برای ذخیره انرژی خورشیدی یا بادی برای استفاده بعدی استفاده میشود.
س: چرا به باتریهای ساختهشده از عرق یا نمک مذاب نیاز داریم؟
پ: باتریهای معمولی میتوانند گران، سخت برای بازیافت یا مستعد آتشسوزی باشند. باتریهای عرقی برای دستگاههای پوشیدنی عالی هستند زیرا ایمن هستند و هرگز نیاز به شارژ ندارند. باتریهای نمک مذاب برای شبکه برق عالی هستند زیرا میتوانند مقادیر زیادی انرژی را ارزان ذخیره کرده و دههها دوام بیاورند.
س: باتری عرقی واقعاً چگونه کار میکند؟
پ: عرق شما حاوی نمک است. یک آنزیم خاص در باتری با لاکتات واکنش میدهد و یک جریان الکتریکی کوچک ایجاد میکند. هرچه بیشتر عرق کنید، برق بیشتری تولید میکند.
س: آیا باتری نمک مذاب میتواند خانه من را تغذیه کند؟
پ: بله، اما نه به طور مستقیم. این باتریها معمولاً در مقیاس بزرگ برای کل محلهها یا مزارع خورشیدی ساخته میشوند. آنها گرما را ذخیره کرده و بعداً آن را به برق تبدیل میکنند تا هزاران خانه را تغذیه کنند.
سؤالات پیشرفته و فنی
س: بزرگترین مزیت باتریهای نمک مذاب نسبت به لیتیوم-یون چیست؟
پ: هزینه و طول عمر. نمک مذاب از مواد ارزان و فراوان استفاده میکند. آنها میتوانند ۲۰ تا ۳۰ سال بدون کاهش ظرفیت زیاد دوام بیاورند، در حالی که باتریهای لیتیومی پس از ۵ تا ۱۰ سال شروع به افت میکنند. آنها همچنین آتش نمیگیرند.
س: نمک در باتری نمک مذاب چقدر داغ میشود؟
