ذخیرهسازی پایدار انرژی تجدیدپذیر، یکی از بزرگترین مسائل دنیای امروز برای عبور کامل از سوختهای فسیلی است. در شرایطی که موانع زیستمحیطی و کمبود منابع معدنی، آینده باتریهای متداول لیتیومی را در هالهای از ابهام قرار داده، دانشمندان سراسر جهان به سراغ راهکارهای غیرمعمول رفتهاند؛ فناوریهایی که با به دام انداختن سرمای هوای منجمد، حرارت نمک داغ، ماسه صحرا و حتی ترکیبات شیمیایی عرق بدن انسان کار میکنند. در ادامه با این نوآوریهای جدید و عجیب آشنا میشوید.
اول سری به صحراهای سوزان امارات متحده عربی بزنیم؛ در این صحراها پروژه عظیم انرژی پاک با وسعتی معادل ۱۲۶۰۰ زمین فوتبال درحال شکلگیری است تا به کمک ظرفیت خیرهکننده ذخیرهسازی خود، برق خورشیدی مورد نیاز نیم میلیون خانه را در تمام طول شب تأمین کند. اما همه پروژهها به این بزرگی نیستند.
اگر هزاران کیلومتر دورتر شویم، مهندسان آزمایشگاه ملی انرژیهای تجدیدپذیر آمریکا (NREL) در کلورادو، مشغول ساخت کوچکترین باتریهای جهان هستند. این باتریهای میکروسکوپی که ابعاد آنها فقط کسری از ابعاد باتریهای شبکه توزیع برق است، صرفاً برای تأمین توان برچسبهای الکترونیکی مخصوص ردیابی نوزادان ماهیهای سالمون طراحی شدهاند.
این تضاد آشکار در مقیاس، نشاندهنده پتانسیل بیپایان فناوریهای جدید است؛ این فناوریها با عمر مفید بالای بیست سال که پس از پایان دوره خدمت خود کاملاً قابل بازیافت خواهند بود و نیازی به استخراج مخرب کبالت، نیکل و لیتیوم ندارند.
باتری و روشهای جدید ذخیرهسازی انرژی تجدیدپذیر در جهان
یکی از جذابترین پروژههای ذخیرهسازی انرژی، در منطقه ترافورد منچستر و روی بقایای نیروگاه زغالسنگ قدیمی این شهر درحال احداث است. این پروژه که توسط شرکت بریتانیایی Highview Power توسعه یافته، از فناوری پیشرفته باتریهای کرایوژنیک هوای مایع برای ذخیره انرژیهای تجدیدپذیر مازاد در زمانهای اوج تولید استفاده میکند.
فرایند علمی این سیستم جالب است؛ توربینها با استفاده از برق مازاد، هوای محیط را تا دمای منفی ۱۹۶ درجه سانتیگراد سرد میکنند تا حجم هوا به یکهفتصدم کاهش بیابد و به مایع تبدیل شود. این مایع منجمد در مخازن عایقبندیشده نگهداری میشود و با افزایش تقاضای شبکه و گرانی برق، دوباره به گاز تبدیل خواهد شد.
انبساط سریع هوا در جریان این فرایند، توربین تولید برق را بدون انتشار کوچکترین گاز گلخانهای به حرکت درمیآورد. این نیروگاه با ظرفیت ذخیرهسازی ۳۰۰ مگاواتساعت و خروجی ۵۰ مگاوات، بهزودی انرژی پاک نزدیک به نیم میلیون خانه را تأمین میکند.
در نقطه مقابل، پروژه Crescent Dunes در صحرای نوادا از گرمای سوزان بهره میگیرد. ده هزار آینه خورشیدی غولپیکر، پرتوهای خورشید را روی مخزنی متمرکز میکنند تا مخلوطی از نمک نیترات پتاسیم و سدیم را تا دمای ۵۶۰ درجه سانتیگراد داغ کنند.
این دمای فوقالعاده بالا تا ۱۰ ساعت پس از غروب آفتاب حفظ میشود و در زمان نیاز، برای تولید بخار پرفشار و چرخش توربینهای معمولی تولید برق به کار میرود. فناوری ذخیرهسازی نمک مذاب پیشازاین عمدتاً به عنوان باتریهای پشتیبان در تسلیحات هدایتشونده و سیستمهای نظامی استفاده میشد تا انرژی حرارتی اولیه را تا زمان شلیک حفظ کند.
امروزه کشور دانمارک نیز از این فناوری برای کربنزدایی از صنایع سنگین بهره گرفته و پروژه بزرگی با ظرفیت ۱ گیگاواتساعت معرفی کرده است که نمک را تا ۶۰۰ درجه سانتیگراد داغ میکند و توانایی ذخیرهسازی انرژی را تا دو هفته دارد.
استفاده از خاک و ماسه برای ذخیرهسازی انرژی، راهکار ارزانقیمت و خلاقانهای است که امروزه در شهر پورناین فنلاند به بار نشسته است. در این فناوری، هزاران تن ماسه در سازهای به ارتفاع ۱۳ متر انباشته شدهاند تا انرژی پاک حاصل از باد و خورشید را به صورت حرارت در خود ذخیره کنند. این باتری ماسهای ظرفیت حرارتی معادل ۱۰۰ مگاوات ساعت دارد و میتواند در فصل تابستان گرمای مورد نیاز مدارس، کتابخانهها و ساختمانهای دولتی منطقه را تا یک ماه و در زمستان سخت فنلاند تا یک هفته تأمین کند.
انقلاب ذخیرهسازی انرژی حتی به سطح بدن انسان نیز رسیده است. پژوهشگران دانشگاه علوم توکیو در ژاپن درحال توسعه روشی هستند که عرق بدن را به منبع پایدار انرژی برای گجتهای پوشیدنی تبدیل میکند. آنها وصله پوستی ظریف و نازکی طراحی کردهاند که ترکیبات شیمیایی موجود در عرق بدن، بهویژه لاکتات را به الکتریسیته تبدیل میکند. این فناوری به حسگرهای پزشکی و ورزشی امکان میدهد بدون نیاز به باتریهای حجیم شیمیایی و بدون نیاز به شارژ مداوم، صرفاً با تکیه بر فعالیتهای روزمره مانند پیادهروی یا دویدن، انرژی مورد نیاز خود را به طور مستمر تأمین کنند.
توسعه همزمان این فناوریهای متنوع نشان میدهد که جهان درحال عبور از انحصار باتریهای قدیمی لیتیومی و حرکت به سوی آیندهای پاکتر و پایدارتر است.