تخزين الطاقة حلول مبتكرة لتوفير الاستدامة 2025
تخزين الطاقة هو عملية حفظ الطاقة المولدة من مصادر مختلفة لاستخدامها لاحقًا عند الحاجة. مما يسهم في تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري.
تخزين الطاقة هو عملية حفظ الطاقة المنتجة لاستخدامها لاحقًا عند الحاجة، مما يضمن استقرار الشبكات الكهربائية وتحسين كفاءة استخدام الموارد. تساعد تقنيات تخزين الطاقة، مثل البطاريات ومحطات الضخ المائي، في تعزيز استدامة الأنظمة وتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري.
مع تسارع ثورة الطاقة المتجددة، أصبح دور تخزين الطاقة في استغلال الطاقة الخضراء أكثر أهمية من أي وقت مضى. هناك عشر تقنيات ثورية – تستخدم الجاذبية والخرسانة وحتى الأشجار – تدعي أنها تحمل مفتاح تحويل نظام الطاقة.
إن طرح الطاقة الشمسية وطاقة الرياح يتقدم بسرعة قياسية حيث تسعى الدول والشركات لتحقيق أهداف صعبة للوصول إلى صافي انبعاثات صفرية للمساعدة في تجنب كارثة المناخ. ولكن في حين أن محطات الطاقة التي تعمل بالوقود الأحفوري يمكن أن تضغط على زر التشغيل متى احتاجت لتلبية الطلب، فإن الطبيعة المتغيرة للرياح والشمس تعني أن الأصول الطاقية الخضراء غالبًا ما تولد الكثير (أو القليل جدًا) من الطاقة في أي لحظة معينة.
تكتسب تخزين الطاقة اهتمامًا متزايدًا باعتباره العمود الفقري لنظام الطاقة الخضراء، حيث يساعد على تخزين الطاقة الزائدة لاستخدامها عند الحاجة.
أصبحت بطاريات الليثيوم أيون هي العناصر الأساسية في نظام تخزين الطاقة نظرًا لكثافتها الطاقية، مما يعني أنها قادرة على تخزين كمية كبيرة من الطاقة في مساحة صغيرة. ومع ذلك، تعاني بطاريات الليثيوم أيون من مشكلات تتعلق بسلسلة التوريد التي تسيطر عليها الصين، والاستدامة، وأحيانًا تتصدر العناوين بسبب اشتعالها.
وربما ليس من المستغرب أن هذه التقنية، التي تم تسويقها لأول مرة من قبل شركة سوني في عام 1991 لتشغيل أجهزة الووكمان، ليست دائمًا مناسبة لدعم الشبكة الكهربائية، حيث إنها لا تحتفظ بالطاقة لأكثر من ثماني ساعات.
تُعتبر تقنيات تخزين الطاقة التقليدية، مثل التخزين المائي والهيدروجين الأخضر، من الركائز الأساسية في نظام تخزين الطاقة، حيث تمتاز بقدرتها على التخزين طويل الأمد. ومع ذلك، فإن هذه التقنيات تتطلب استثمارات كبيرة ووقتاً طويلاً للبناء، كما أن التخزين المائي يواجه تحديات تتعلق بشروط الجغرافيا الجبلية المحددة.
نتيجة لذلك، ظهرت مجموعة من الحلول البديلة والإبداعية لتخزين الطاقة، تسعى لملء الفراغ الذي تركته هذه التقنيات التقليدية. وفيما يلي قائمة غير شاملة بعشر تقنيات حديثة حازت على اهتمام واسع في الآونة الأخيرة.
تخزين الطاقة عن طريق الجاذبية
تُعد فكرة تخزين الطاقة الخضراء الزائدة عن طريق استخدام الرافعات لرفع كتل مصنوعة خصيصاً، ثم إطلاقها لتفريغ الطاقة، من أكثر الأفكار إبداعًا في هذا المجال. يعمل تخزين الطاقة الحركية بهذه الطريقة بطريقة مشابهة للطاقة المائية، ولكنه لا يتطلب جغرافيا جبلية معينة ليكون فعالًا.
تعتبر شركة Energy Vault السويسرية رائدة في هذا المجال، حيث أعلنت مؤخرًا عن توقيعها طلبات بقيمة مليار دولار في الصين من خلال منشآتها المخصصة. بينما تسعى الشركة الاسكتلندية الناشئة Gravitricity لاستغلال المناجم في الولايات المتحدة كموطن لمفهومها المماثل.
الطاقة الكهرومائية تخزين الطاقة بدون ماء
فكرة أخرى لتحرير الإمكانيات الهائلة للطاقة الكهرومائية من قيودها الجغرافية يتم تطويرها من قِبَل شركة بريطانية تقول إن تقنيتها يمكن أن تحول حتى التلال المتموجة برفق إلى بطاريات خضراء. تدعي شركة RheEnergise أنها حققت ذلك من خلال تطوير نظام لضخ سائل محمي ببراءة اختراع إلى الأعلى عندما تكون الطاقة رخيصة. وبما أن سائلها كثيف بمقدار مرتين ونصف من الماء، يُزعم أن الميل المطلوب لعمل النظام يمكن أن يكون أقل بمقدار مرتين ونصف.
الجانب الإيجابي هو أن النظام يمكن استخدامه في أماكن أكثر بكثير – وتدعي RheEnergise أنها قد حددت بالفعل ما يقرب من مليون موقع مناسب حول العالم. وفي الوقت الحالي، أبرمت الشركة اتفاقية لتطبيق تقنيتها في ريف بريطانيا.
الهواء المضغوط
يعد الهواء المضغوط تقنية قديمة لتخزين الطاقة، وقد كانت تاريخياً مرتبطة بمواقع جغرافية معينة، وغالباً ما تعتمد على كهوف الملح الكبيرة أو خزانات النفط أو الغاز المستنفدة. يقول المطور الكندي “هايدروستور” إنه قد حل هذه المشكلة من خلال تطوير كهوف مصممة خصيصاً يمكن بناؤها في أي مكان. تستخدم الشركة الطاقة الزائدة أو الطاقة في أوقات الذروة المنخفضة لإنتاج هواء مضغوط مسخن. بعد ذلك، تستخرج الحرارة وتضخ الهواء في كهف مملوء جزئياً بالماء، الذي يتم دفعه إلى السطح.
عندما تكون هناك حاجة للطاقة، يُسمح للماء بالتدفق مرة أخرى إلى الأسفل عبر العمود، مما يجبر الهواء على الارتفاع، حيث يتم إعادة دمجه مع الحرارة المخزنة لتوليد الطاقة لتشغيل التوربينات. لقد حصلت “هايدروستور” على دعم من شركات مثل “غولدمان ساكس” لمفهومها، وتعمل على تطوير مشاريع في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة وكندا، وآخرها في أستراليا.
تخزين الطاقة ببطاريات خرسانية
أعلن فريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في الولايات المتحدة عن تحقيق إنجاز قد يساهم في إنشاء منازل مزودة بالطاقة من أساساتها، وطرق تشحن السيارات الكهربائية أثناء سيرها. باستخدام الأسمنت والفحم الأسود، وهو مادة موصلة عالية الكفاءة تشبه الفحم الناعم جداً، اكتشف الفريق أنه يمكنهم إنشاء مكثف فائق لتخزين الكهرباء. وفرة هذه المواد تعني أن المكثفات يمكن تصنيعها بسهولة في أي مكان على وجه الأرض. نظراً لقوة المادة، يمكن استخدامها كجزء من الأساسات الخرسانية للمباني أو في الطرق، مما يجعلها بمثابة بطاريات قادرة على تزويد الطاقة لكل شيء من غلاية ماء إلى سيارة.
تخزين الطاقة بواسطة طوب مسخن بشكل فائق
تدعم شركة مايكروسوفت وشركة النفط العملاقة أرامكو السعودية شركة ناشئة في كاليفورنيا تهدف إلى مساعدة الصناعة في تقليص انبعاثاتها من خلال تخزين الطاقة المتجددة الزائدة في طوب مسخن بشكل فائق.
تقوم شركة روندو إنرجي بتطوير نظام يستخدم عناصر التسخين الكهربائية، مثل تلك الموجودة في المحمصة أو الفرن، لتسخين آلاف الأطنان من الطوب. عندما تكون هناك حاجة للطاقة، يتدفق الهواء لأعلى عبر كومة الطوب قبل أن يتم توصيله إلى النقطة النهائية كهواء ساخن أو بخار.
وقد أبرمت روندو بالفعل شراكة مع مجموعة تايلاندية لتوسيع القدرة الإنتاجية لنظامها، مما أدى إلى إنشاء منشأة تقول إنها ستكون “أكبر من أي منشأة تصنيع بطاريات حالية في جميع أنحاء العالم”.
تخزين الطاقة عن طريق كتل معدنية
تدعم شركة شل، إحدى عمالقة النفط، تقنية جديدة لتخزين الطاقة الحرارية يمكنها تخزين الطاقة في كتل معدنية بحجم علبة الأحذية. يتم استخدام الطاقة الزائدة لتسخين جزيئات السبائك المعدنية حتى تذوب، بينما يبقى مادة المصفوفة صلبة وتحافظ على الجزيئات المنصهرة في مكانها. وعندما يُسمح للكتل بالتبريد، يمكن استخدام الحرارة التي تطلقها لتشغيل توربين downstream.
تُعد هذه التقنية من تطوير شركة MGA Thermal الأسترالية، على الرغم من أنها واجهت بداية صعبة بعد أن تعرضت وحدة عرض في البلاد لارتفاع درجة حرارة خطير، مما أدى إلى إخلاء المنطقة المحيطة بسبب مخاوف من انفجار.
قوة الأشجار
تعتبر شركة نورثفولت السويدية واحدة من الأسماء البارزة في مجال تخزين الطاقة، حيث تعمل على تطوير بطاريات مستدامة باستخدام الكربون الصلب المستند إلى اللجنين، والذي يتم إنتاجه من الأخشاب المستمدة من الغابات الشمالية.
بالتعاون مع عملاق صناعة الورق واللب الفنلندي ستورا إنسو، تهدف نورثفولت إلى إنشاء أول بطارية صناعية في العالم تحتوي على مصادر الأنود بالكامل من مواد خام أوروبية، مما يقلل من البصمة الكربونية والتكاليف.
يُعتبر اللجنين، وهو بوليمر مشتق من النباتات، مكونًا يمثل حوالي 20-30% من الأشجار. ستقوم ستورا إنسو بتوفير اللجنين من غابات مُدارة بشكل مستدام، بينما تخطط نورثفولت لتطوير تصميم الخلايا، وعمليات الإنتاج، وتوسيع نطاق التقنية.
بطاريات تدفق الحديد
تُعتبر بطاريات تدفق الحديد واحدة من التقنيات الجديدة في مجال البطاريات التي يجري تطويرها، حيث تقوم بتدوير إلكتروليتات سائلة لشحن وتفريغ الإلكترونات من خلال عملية تُعرف بالتفاعل الأكسدة والاختزال. على عكس البطاريات التقليدية، يمكن استخدام نفس الإلكتروليت على كلا الجانبين السالب والموجب للمعادلة.
تقول إحدى الشركات الرائدة في تصنيع هذه البطاريات، وهي ESS Tech الأمريكية، إن هذا الأمر يقضي على التلوث المتبادل والتدهور، مما يعني أن بطارياتها ستدوم لمدة متوقعة تصل إلى 25 عامًا، في حين أن البطاريات التقليدية عادة ما تدوم حتى عشر سنوات.
تدعي ESS، التي تلقت دعمًا من صندوق “بريكثرو إنرجي فنتشرز” الذي أسسه بيل غيتس، أن بطارياتها أيضًا أكثر أمانًا من بطاريات الليثيوم أيون، مما يقلل الحاجة إلى معدات السلامة.
بطاريات الحديد-الهواء
تستخدم هذه البطاريات الحديد أيضًا، وهي مدعومة من قبل السيارات الكهربائية. لكن بطاريات الحديد-الهواء التي تقوم بتطويرها شركة Form Energy تعمل على مبدأ مختلف تمامًا – والذي وصفه المطور الأمريكي بأنه “صدأ قابل للعكس”. عند الشحن، يؤدي تطبيق تيار كهربائي إلى تحويل الصدأ إلى حديد، وتقوم البطارية – التي تتكون من خلايا تشمل أقطاب الحديد والهواء – بإخراج الأكسجين. وعند التفريغ، تستنشق البطاريات الأكسجين من الهواء وتعيد تحويل الحديد إلى صدأ.
تدعي شركة Form Energy أن بطارياتها قادرة على تخزين الكهرباء لمدة 100 ساعة بتكاليف نظام تنافسية مع محطات الطاقة التقليدية. وقد تمت الموافقة مؤخرًا على بطارياتها لإجراء تجربة في واحدة من أكبر محطات الطاقة الشمسية في أمريكا.
بطاريات النيكل والزنك
تعتقد إحدى الشركات الناشئة في كاليفورنيا أن تقنيتها يمكن أن تفتح إمكانيات بطارية تم اختراعها لأول مرة بواسطة توماس إديسون، بينما تطلق أيضًا “عملاقًا نائمًا” من القدرة العالمية على تخزين الطاقة.
تُعتبر التكنولوجيا الرائدة عبارة عن إلكترود جديد تقوم شركة إنزينك، التي تقوم بتسويقه، بالادعاء بأنه يمكن إدخاله في المصانع التي تنتج بطاريات الرصاص الحمضية الموثوقة ولكن ذات الطاقة المنخفضة، مما يحولها إلى خطوط إنتاج لبطاريات النيكل والزنك ذات الكثافة الطاقية العالية.
تم تطوير بطاريات النيكل والزنك من قبل المخترع الأمريكي الشهير توماس إديسون، لكنها لم تحقق نجاحًا يذكر نظرًا لأنها كانت تدوم لعشرات الدورات فقط. وتدعي إنزينك أن الإلكترود الجديد يحل هذه المشكلة، مما ينتج بطارية قوية مثل بطاريات الليثيوم وآمنة مثل بطاريات الرصاص.
في الختام
يمكن القول إن تخزين الطاقة يمثل خطوة حيوية نحو تحقيق مستقبل مستدام يعتمد على مصادر الطاقة المتجددة. من خلال تخزين الطاقة، يمكننا الاستفادة من الطاقة المولدة من مصادر مثل الشمس والرياح، والتي قد لا تكون متاحة على مدار الساعة. هذه العملية لا تساهم فقط في تحقيق كفاءة أعلى في استخدام الطاقة، بل تساهم أيضًا في تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري الذي يعد أحد الأسباب الرئيسية للتغير المناخي والتلوث البيئي.
إن الابتكارات في مجالات تخزين الطاقة، مثل البطاريات المتطورة وتقنيات تخزين الطاقة الحرارية، تفتح آفاقًا جديدة لتحسين استدامة الطاقة. كما أن الاستثمار في هذه التقنيات يعكس التزام الحكومات والشركات بتبني سياسات صديقة للبيئة وتعزيز استخدام الطاقة النظيفة.
علاوة على ذلك، فإن تخزين الطاقة يسهم في تحقيق استقرار الشبكات الكهربائية، مما يتيح للمستخدمين الاستفادة من الطاقة في الأوقات التي يحتاجون إليها، دون القلق من انقطاع الإمدادات. هذا يعني أن المجتمعات يمكن أن تصبح أكثر مرونة في مواجهة التحديات المتعلقة بالطاقة.
في النهاية، إن تبني مفهوم تخزين الطاقة ليس مجرد خيار، بل هو ضرورة ملحة في عالم يتجه نحو التحول إلى طاقة نظيفة ومستدامة. من خلال تطوير البنية التحتية اللازمة والاستثمار في الأبحاث والتقنيات الجديدة، يمكننا أن نأمل في مستقبل أكثر إشراقًا، حيث تكون الطاقة متاحة للجميع، وتكون البيئة أكثر صحة وأمانًا للأجيال القادمة. إن هذا التوجه يتطلب تعاونًا عالميًا وجهودًا مستمرة من جميع الأطراف المعنية، من الحكومات إلى الشركات والأفراد، لضمان تحقيق الأهداف المنشودة في مجال الطاقة والاستدامة.
