تخزين الطاقة: حاجز الغشاء

من المتوقع أن يؤدي التطوير الذي قام به باحثون من التخنيون وبريموس باور إلى تسريع دمج الطاقات المتجددة والخضراء في إمدادات الكهرباء

قام باحثون من التخنيون وزملاؤهم في شركة Primus Power بتطوير بطاريات تدفق خالية من الأغشية من المتوقع أن تعمل على تسريع دمج الطاقات المتجددة والخضراء في إمدادات الكهرباء. البحث الذي نشر في المجلة ChemSusChem، بقيادة ليحي عميت والبروفيسور ماتي ساس في التخنيون من كلية الهندسة الميكانيكية وكلية الهندسة الكيميائية بقيادة وولفسون.

الطاقة المتجددة هي التالية: بدون تلوث، بدون استغلال غير محدود لموارد الأرض، وبدون أضرار بيئية تضر الإنسان. الشمس والرياح لا يتعارضان، ولدينا التقنيات اللازمة لحصد طاقتهما لإنتاج كهرباء رخيصة ونظيفة. 

إذا ما هي المشكلة؟ وتكمن المشكلة في الطبيعة المتقلبة لمصادر الطاقة المتجددة: الشمس التي تختفي لعدة ساعات يوميا، والرياح تأتي وتذهب، وما إلى ذلك. وعلى النقيض من عدم استقرار هذه المصادر، يتعين على موردي الكهرباء توفير تيار ثابت نسبيًا من الكهرباء للشبكات التي توصلها إلى مختلف المستهلكين. ولولا هذا الحد لكان العالم بالفعل يعتمد على الطاقات المستدامة بمعدلات أعلى بكثير.

وما هو الحل؟ تخزين. إذا تم تخزين الكهرباء المنتجة من الرياح والشمس ومصادر الطاقة المتجددة الأخرى في بطاريات كبيرة، فسيكون مزودو الكهرباء قادرين على تدفقها بمعدل موحد طوال اليوم.

يبدو أن هذا الحل بسيط، فنحن جميعًا نستخدم البطاريات؛ لكن في الواقع، عندما يتعلق الأمر بتخزين حي أو مدينة أو منطقة أو كمية وطنية من الطاقة، فإن التقنيات المطلوبة لذلك - بطاريات التدفق – ما زالوا في مهدهم. إذا كانت متوفرة على الإطلاق، فهي بسعر باهظ الثمن.

بطاريات التدفق هي بطاريات كبيرة الحجم تقوم بتخزين الطاقة، أثناء مرحلة الشحن، في شكل كهروكيميائي - حيث يتم تجميع الإلكترونات في أحد الاثنينالشوارد في البطارية المصنوعة من البروم والزنك. أثناء مرحلة التفريغ، عندما يُطلب منها توفير الكهرباء، تنتقل الإلكترونات إلى الإلكتروليت الثاني وبالتالي يتم إنشاء التيار. 

أغلى مكون في بطارية التدفق هو الغشاء الذي يفصل بين الشوارد اثنين. في الواقع، يمكن أن تصل تكلفة الغشاء إلى 40% من تكلفة مجموعة البطارية بأكملها. وإذا لم يكن ذلك كافيا، فبينما يمكن للإلكتروليتات التي تنتج الكهرباء أن تعمل بشكل جيد لعقود من الزمن، فإن الغشاء يحتاج إلى صيانة ويجب استبداله من وقت لآخر.

والآن، وبفضل التفكير الإبداعي لباحثي التخنيون، يبدو أننا سنتمكن في المستقبل القريب من توديع الغشاء. في البحث المذكور أعلاه، طور ليهي أميت والبروفيسور ماتي ساس حلاً يتم فيه احتجاز معظم البروم في نوع من الجزيئات ذات القشرة التي تعمل بمثابة غشاء لها. وبهذه الطريقة يتحرك نوعي الإلكتروليتات (الزنك والبروم) في تيار منتظم، وعند الضرورة يمكن إطلاق البروم من الجزيئات إلى المحلول حسب متطلبات التفاعل على القطب - وهكذا يتم التيار الكهربائي أنشئ. 

وقد أظهر باحثو التخنيون جدوى هذه التكنولوجيا في نظام تجريبي ويقدرون أن التكنولوجيا ستعمل بنجاح على نطاق تجاري أيضا. وفقًا لأميت، "بدون الحاجة إلى غشاء، ستكون بطاريات التدفق المعتمدة على الزنك والبروم رخيصة نسبيًا وستعمل لفترة طويلة من الوقت دون الحاجة إلى صيانة الغشاء باهظة الثمن. هدفنا هو أن يتم ربط وحدة تخزين بكل محطة للطاقة المتجددة والتي ستجمع بعض الطاقة لاستخدامها في المستقبل، وبالتالي تمكين توفير تيار مستقر لشبكات الطاقة.

لمقالة في ChemSusChem