تخزين الطاقة الشمسية عند غياب الشمس

ترجمة: حمد العيد

إن ذلك النجم الذي يقع في مركز نظامنا الشمسي يعد مصدر الحياة على الكوكب، وبالإضافة إلى ذلك قد يكون أملنا الأفضل في الحصول على طاقةٍ نظيفةٍ وآمنةٍ ووافرة. فلو كان بإمكاننا اتقان التقنية بالشكل الصحيح فسنمد كل احتياجاتنا بالطاقة للخمسة مليار سنةٍ القادمة أو أكثر. المشكلة الوحيدة هي ذلك الظل المزعج الذي يغطي نصف الكوكب، وهو ما يدعى بالليل، والسحب أيضاً التي تعتم ضياؤها.

باختصار، إن تقطع ضوء الشمس يمنعنا من التقدم. إن الأنظمة التي تستخدم الخلايا الفوتوفولتية مع بطاريات أيون ليثيوم أو البناء الضوئي مع الهيدروجين ليست كاملةً وغير كافية، وغير قادرة على الامداد بالطاقة غير المتقطعة التي تتطلبها الحياة المعاصرة.

من الممكن أن الباحثون في جامعة تكساس في أرلينغتون قد توصلوا لحل تلك المشكلة حالياً، وعلى نموذجٍ مصغرٍ على الأقل. يجمع الحل في أساسه بطارية تيار الأكسدة والإختزال، والتي تستخدم سائلاً مالحاً وخليةً شمسيةً. يقول البروفيسور في قسم هندسة وعلوم المواد في الجامعة فوجيانغ ليو: ” ستُخزَن الالكترونات في المادة تحت أشعة الضوء (الإختزال)، مثل البطارية القابلة لإعادة الشحن.” وأكمل قائلاً: “ومن ثم عندما تطفئ الأنوار ستنطلق الإلكترونات تلقائياً (ألأكسدة).” إن سرعة وكفاءة “معكوسية تخزين الالكترون” ستكون المفتاح لمستقبلٍ متكاملٍ يعمل بالطاقة الشمسية.

إن بطارية أيون الليثيوم مع الخلايا الفوتوفولتية هي نظامٌ مغلقٌ مع سعةٍ محدودةٍ بحجم البطارية، ولكن نظام ليو الجديد هو نظامٌ مفتوحٌ. وذللك عائد إلى العامل الكيميائي “المؤكسد والمختزل الفاناديوم”، والذي يتم تخزينه في خزانٍ خارجيٍ يأتي بأيّ حجمٍ تريد. وهذا يعني كفاءة شحنٍ أو تفريغٍ أكبر (أو فعاليةً أكبر في رحلة دائريةٍ كما سماها ليو في بحثه)، وهي تعود للملح المؤكسد والمختزل الفاناديوم والذي يتفاعل بسرعةٍ مع الإلكترونات على سطح شبه الموصل للخلية. وتصل الكفاءة الفارادية لهذا النظام إلى 95%.

من المرجح أن يتفوق نظام ليو على الخلايا الفوتوفولتية في ميزان الميزانية أيضاً، فسعر الفاناديوم منخفضٌ مقارنةً بالمعادن النبيلة التي المحتاجة للخلايا الشمسية اليوم.

الجانب السلبي الوحيدة لهذه العملية هو أنها غير قابلةٍ للنقل. يقول ليو: “يعود ذلك لكونه نظاماً معقداً، حيث يتضمن تدفقاً وسائلاً مالحاً وخزاناً ومضخة وأنظمة التحكم. إنه مناسبٌ بشكلٍ مبدئيٍ للتطبيقات الثابتة.” لذلك لن ترى قريباً أيّ سياراتٍ تمشي على الطريق السريعة وذات خزان الكتروناتٍ عكسيٍ داخل خليةٍ كهروكيميائيةٍ ضوئيةٍ من الفاناديوم بالكامل، والتي ستحافظ على العالم مع نسبة انبعاثٍ تساوي الصفر.

لكن حتى التطبيقات الثابتة بعيدة المنال جداً. إن اثبات ليو لمبدأ الخلية هو بحجم انشٍ في انشٍ. ويحمل خزان التخزين أقل من 100 مليلترٍ فقط. ويقول أيضاً: “إذا استخدمت خزاناً ضخماً فسيكون التخزين ضخماً، لكنك ستحتاج إلى 1000 ساعةٍ أو أكثر لشحن الأملاح بالكامل.” ولكن ليو لا يرى أيّ عقباتٍ لزيادة الحجم. ولقد أظهرت بطاريات “الاختزال والأكسدة” أنها ذات كفاءةٍ لأنظمة التخزين الضخمة، حيث أن نظاماً بحجم عدة ميغا واط يمد جامعة ولاية واشنطن بالطاقة الكهربائية الان.

يقول ليو: “نحن ما زلنا بحاجةٍ للبحث المكثف لفهم هذا النظام، ولنتأكد من أنه سيعمل عندما سنقوم بزيادة حجمه في النهاية.” وإذا افترضنا أن النظام عمل، فلن يكون محبو البيئة المغامرين بيننا فقط هم من سيختارون هذه الطريقة ليمدوا منازلهم أو المباني أو حتى مدينةً بالطاقة الشمسية. ستكون مجديةً اقتصادياً منطقياً.

المصدر (The American Society of Mechanical Engineers)
جامعة تكساس في أرلينغتون University of Texas at Arlington
بطارية تيار الأكسدة والاختزال: Redox Flow
الفاناديوم المؤكسد والمختزل: vanadium redox
جامعة ولاية واشنطن Was

Comments are closed.