مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت) : اکنون بیش از هر زمان دیگری ایده های درخشان و جالبی برای جلوگیری از ادامه گرمایش محیط زیست و محافظت از زمین مطرح می شود. امروزه انرژی مورد نیاز بشر مهمترین مسئله ای است که باید به چالش کشیده شود. در حالی که هر روزه مصرف انرژی در جوامع مختلف افزایش مییابد، وضعیت محیط زیست و گرمایش زمین نیز هر روز وخیم تر از روز قبل میشود. بنابراین حذف منابع سوخت فسیلی که از عوامل مهم این شرایط هستند از منبع تامین انرژی جهانی، اهمیت بسیار دارد. منابع انرژی جایگزین باید بتوانند نیاز روزافزون جهانی را به صورت پایدار و کاملا بدون ضرر به محیط زیست پاسخ دهند.
انرژی های خورشیدی، بادی، زمین گرمایی، دریایی، زیست توده و هیدروژن منابع جایگزین سوختهای فسیلی هستند که مورد توجه همگان قرار گرفته اند. در مسیر جایگزینی کامل این انرژی ها با سوختهای فسیلی چالشهای زیادی وجود دارد. یکی از چالشها، پایدار نبودن این منابع است. مثلا نور خورشید تنها در ساعاتی از شبانه روز وجود دارد و در تمام مدت روز تابش آن یکنواخت نیست. وزش باد نیز در ساعات شبانه روز یکنواخت نیست. بنابراین باید راهی جست تا بتوان مازاد تولید آنها را ذخیره کرده و در مواقع اوج مصرف و یا نبود منبع تامین انرژی، بتوان به صورت پایدار از آن استفاده کرد. در این مقاله به بررسی سه مورد از جدیدترین ایده های مطرح شده میپردازیم.
ذخیره سازی انرژی به صورت گرما در ماسه
اولین ایده مربوط به یک استارتاپ فنلاندی است که توانسته اولین پروژه تجاری خود را در نیروگاهی در کان کان په در غرب فنلاند پیاده کند. به گفته موسس این استارتاپ که Polar Night Energy نام دارد این روش ذخیره سازی انرژی بادی و خورشیدی میتواند به فنلاندیها کمک کند تا از زمستانهای سرد که پس از تحریم انرژی روسیه نیز شدیدتر شده است، عبور کنند. اگر چه این ایده سالها است که مطرح شده و تعداد بسیاری در حال تحقیق بر روی پتانسیل ماسه به عنوان ذخیره انرژی سبز هستند اما این استارتاپ اولین شرکتی است که توانسته است آن را با موفقیت در یک نیروگاه تجاری پیاده سازی کند.
فناوری آنها در ذخیره سازی گرما به این صورت است. برق مازاد حاصل از خورشید و یا باد به یک مخزن بزرگ از جنس استیل که پر از ماسه شده، متصل میشود. ماسه ها در اثر فرآیندی به نام گرمایش مقاومتی گرم یا شارژ میشوند. در گرمایش مقاومتی، گرما از اصطکاک ایجاد شده در اثر گذر جریان الکتریکی از هر ماده غیر ابررسانا تولید میشود. سپس هوای گرم از طریق یک مبدل حرارتی در مخزن به گردش در می آید. با عایق بندی جدارههای مخزن میتوان این گرما را که ممکن است تا 1000 درجه سانتیگراد برسد، از چندین ساعت تا چندین ماه ذخیره کرد و منبع ذخیره ی گرمای باارزشی در زمستانها فراهم کرد. هر زمان که نیاز باشد، باتری هوای داغ را تخلیه کرده و آب سیستم گرمایش را گرم میکند. البته انرژی گرمایی را میتوان دوباره به برق تبدیل کرد اما باعث تلفات زیاد انرژی میشود. این باتری میتواند تا توان 100 مگاوات و ظرفیت 20 گیگاوات ساعت انرژی ذخیره کند. راندمان آن بیش از %95 بوده و تا دهها سال میتواند در چرخه انرژی استفاده شود. کمترین میزان انتشار کربن را داشته و مواد مصرفی در آن غیرسمی و بی ضرر است.
همانطور که اشاره شد مواد اصلی ذخیره سازی ماسه است. براساس یک مطالعه ی هلندی که در اوایل سال 2022 منتشر شده است، تقاضا برای مصالح ساختمانی در 40 سال آینده، 45درصد افزایش خواهد یافت. بنابراین ممکن است در ابتدا به نظر برسد که ممکن است با صنعت ساختمان رقابتی ایجاد شود. شن های ساختمانی معمولا از رودخانه ها و دریاچه ها به دست می آید. اما خوشبختانه شن مورد استفاده برای باتریها در صورت داشتن چگالی کافی و خواص ترمودینامیکی مناسب، میتواند از هر نوع باشد. هدف از استفاده از این روش ذخیره گرما، کمک به رشد صنعت بادی و خورشیدی است.
ذخیره انرژی در خاک
این ایده نیز یکی از چندین ایده ی جالب حمایت شده از طرف دولت بریتانیا تحت عنوان “ایده های پرخطر اما با تاثیر بالقوه ی تحول آفرین” است. محققان دانشگاه کاردیف انگلستان سعی دارند از یک منبع طبیعی فراوان برای کمک به حل مشکل ذخیره ی انرژی تجدیدپذیر استفاده کنند. سرپرست این گروه تحقیق دکتر میشل هاربوتل، این ایده را ابتدا از مطالعه درباره ی باتری های بتنی که در آنها یک فرآیند شیمیایی اتفاق میافتد، می گیرد.
روش پیاده سازی این ایده این گونه است که الکتریسیته از پنل های خورشیدی به الکترودهای مدفون در خاک منتقل میگردد. در خاک میکروارگانیسم هایی وجود دارند که با دریافت الکتریسیته فرآیندی به نام الکتروسنتز میکروبی (Microbial Electrosynthesis) انجام میدهند. آنها با دریافت الکتریسیته، دی اکسید موجود در هوا را میگیرند و به ماده مولکولی پیچیده تری به نام استات (همان ماده موجود در سرکه) تبدیل میکنند. در حقیقت انرژی خورشید در پیوندهای کووالانسی ماده ی استات ذخیره میشود. هرگاه انرژی داده شده به زمین نیاز باشد، مدار دیگری به عنوان پیل سوختی میکروبی، فعال شده و انواع دیگری از باکتریها را برای شکستن استات تحریک میکند. این میکروارگانیسم ها الکترونهایی آزاد میکنند که در مدار ذکر شده جریان یافته و الکتریسیته را در صورت نیاز فراهم میکنند. از آنجا که اجزای خاک بسیار متنوع است پژوهشگران به دنبال شناسایی بهترین نوع این میکروارگانیسم ها برای این کار هستند.
به رغم اینکه در این روش موادی تولید میشوند که به طور طبیعی در مقادیر کمتر در خاک وجود دارند، اما پژوهشگران عقیده دارند باید مطالعات کاملی درباره اثر افزایش مقدار استات در مقادیر بالا بر محیط زیست صورت گیرد. در دید طولانی مدت، این سیستم میتواند در مزارع خورشیدی به کارگرفته شود. اما در حال حاضر به دلیل پایین بودن ولتاژ تولیدی، تنها میتوان از این سیستم در مناطق با مصرف انرژی کم بهره برد.
باتری آبی یا pumped storage power plant
ایده دیگر استفاده از باتری آبی یا pumped storage power plant است. باتری آبی نوعی از ذخیره ی انرژی برق آبی است. این باتری و یا همان سیستم ذخیره انرژی از دو استخر بزرگ آب که در ارتفاع های مختلفی قرار دارند تشکیل شده است. این باتری میتواند انرژی الکتریکی مازاد را از طریق پمپاژ آب از استخر پایینتر به استخر بالاتر ذخیره کند. هر زمان که نیاز به برق باشد جهت آب برعکس میشود. آب به سمت پایین حرکت کرده و پره های توربین ها را به حرکت درمی آورد.
اخیرا در کشور سوئیس یک نیروگاه از این مدل توسط شرکت Nant de Drance ساخته شده است. این نیروگاه که ساخت آن 14 سال به طول انجامیده است، با داشتن 6 توربین پمپ، توان کلی خروجی برابر با 900 مگاوات دارد که معادل با انرژی کافی برای تامین 900000 خانه است. با توانایی ذخیره ی انرژی به ظرفیت 20 میلیون کیلووات ساعت امید است که این باتری آبی بتواند نقش مهمی در تثبیت شبکه های انرژی سوئیس و اروپا ایفا کند.
از مزیت های این روش های اشاره شده عدم نیاز به مواد شیمیایی با منابع محدود و خطرناک مانند لیتیوم است. استخراج لیتیوم به ناچار به خاک آسیب میرساند. باعث آلودگی هوا شده و در مناطق استخراج آن باعث عدم دسترسی به آب سالم میشود. گاهی برخی از لیتیوم به عنوان نفت آینده نام میبرند.
ترجمه و ویرایش : زهرا تارخ
