العلماء يطورون وقودًا سائلًا يمكنه تخزين طاقة الشمس لمدة تصل إلى 18 عامًا

بغض النظر عن مدى وفرة الطاقة المتجددة، فإن الطاقة الشمسية لديها شائبها في جانبها. لا يوجد حتى الآن تخزين طويل الأجل ورخيص وفعال للطاقة التي يولدها.

عانت صناعة الطاقة الشمسية من هذا الفرع لفترة، ولكن في العام الماضي وحده، أدت سلسلة من الأوراق الأربعة إلى الدخول في حل جديد مثير للاهتمام.

طور علماء في السويد سائلًا متخصصًا يسمى الوقود الشمسي الحراري، يمكنه تخزين الطاقة من الشمس لمدة تزيد عن عقد من الزمان.

“إن الوقود الحراري الشمسي يشبه بطارية قابلة لإعادة الشحن، ولكن بدلا من الكهرباء، يمكنك وضع ضوء الشمس في الداخل والحصول على الحرارة، عند الطلب،” أوضح جيفري جروسمان، وهو مهندس يعمل بهذه المواد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، لشبكة إن بي سي نيوز.

السائل هو في الواقع جزيء في شكل سائل حيث أن العلماء من جامعة تشالمرز للتكنولوجيا، والسويد يعملون على تحسينه لأكثر من عام.

يتكون هذا الجزيء من الكربون والهيدروجين والنيتروجين، وعندما يصاب بأشعة الشمس، فإنه يفعل شيئًا غير عادي: يتم إعادة ترتيب الروابط بين ذراتها وتتحول إلى نسخة جديدة نشطة من نفسها، تسمى أيزومر.

مثل الفريسة التي تصطاد في فخ، يتم التقاط الطاقة من الشمس بين الروابط الكيميائية القوية للايسومر، وتبقى هناك حتى عندما يبرد الجزيء إلى درجة حرارة الغرفة.

عندما تكون الطاقة مطلوبة – مثلا في الليل أو خلال الشتاء – يتم ببساطة سحب السائل من خلال محفز يعيد الجزيء إلى شكله الأصلي، مما يطلق طاقة في شكل حرارة.

“يمكن تخزين الطاقة في هذا الأيزومر لمدة تصل إلى 18 عامًا”، يقول أحد أعضاء الفريق، وهو عالم المواد النانوية كاسبر موث-بولسن من جامعة تشالمرز.

“وعندما نأتي لاستخراج الطاقة واستخدامها، نحصل على زيادة دافئة أكبر مما تجرؤ على الأمل”.

وقد وضع النموذج الأولي لنظام الطاقة، على سطح مبنى الجامعة، ووضع السائل الجديد تحت الاختبار، ووفقا للباحثين، فإن النتائج قد جذبت انتباه العديد من المستثمرين.

يتكون جهاز الطاقة المتجددة والخالي من الانبعاثات من عاكس مقعر مع أنبوب في المركز، والذي يتتبع الشمس مثل طبق من نوع القمر الصناعي.

يعمل النظام بطريقة دائرية. من خلال ضخ الأنابيب الشفافة، يتم تسخين السائل من خلال أشعة الشمس، وتحويل جزيء norbornadiene إلى الأيزومرات الصائدة للحرارة، quadricyclane.

ثم يتم تخزين السائل في درجة حرارة الغرفة مع الحد الأدنى من فقدان الطاقة. عندما تكون الطاقة مطلوبة، يتم ترشيح السائل من خلال محفز خاص يحول الجزيئات إلى شكلها الأصلي، يسخن السائل بـ 63 درجة مئوية (113 درجة فهرنهايت).

والأمل هو أن هذا الدفء يمكن استخدامه في أنظمة التدفئة المنزلية، وتشغيل سخان المياه في المبنى، وغسالة الصحون، ومجفف الملابس، وأكثر من ذلك بكثير، قبل العودة إلى السطح مرة أخرى.

وقد وضع الباحثون السوائل عبر هذه الدورة أكثر من 125 مرة، حيث التقطوا الحرارة وانزلوها دون حدوث أي ضرر كبير في الجزيء. “لقد حققنا العديد من التطورات الحاسمة في الآونة الأخيرة، واليوم لدينا نظام للطاقة خالية من الانبعاثات التي تعمل على مدار العام”.

بعد سلسلة من التطورات السريعة، يدعي الباحثون أن السوائل يمكن أن تحتوي الآن على 250 واط / ساعة من الطاقة لكل كيلوغرام، وهو ضعف الطاقة في بطاريات Powerwall من تسلا، وفقًا لـ NBC.

لكن لا يزال هناك مجال كبير للتحسين. مع التلاعب الصحيح، يعتقد الباحثون أنه يمكنهم الحصول على المزيد من الحرارة خارج هذا النظام، على الأقل 110 درجة مئوية (230 درجة فهرنهايت) أكثر.

يقول موث بولسن: “هناك الكثير مما يجب القيام به. لقد حصلنا للتو على نظام للعمل. والآن نحتاج إلى ضمان تصميم كل شيء على النحو الأمثل”.

إذا سارت الأمور كما هو مخطط لها، تعتقد Moth-Poulsen أن التكنولوجيا يمكن أن تكون متاحة للاستخدام التجاري في غضون 10 سنوات. وقد نشرت أحدث دراسة في هذه السلسلة في مجلة علوم الطاقة والعلوم البيئية.

ترجمة: حسام عبدالله

المصادر: 1