ذخیره انرژی در یخ، آهن و شیشه

با این که انرژی‌های تجدیدپذیر مزایای زیست‌محیطی فراوانی به همراه دارند، اما هنوز نمی‌توان آنها را به عنوان منبعی پایدار از انرژی در نظر گرفت.

کد خبر: ۶۵۹۴۵۰

شب‌ها خبری از نور خورشید نیست و نیروگاه‌های بادی هم به جریان هوا وابسته هستند که دائم کم و زیاد شده و حتی برخی روزها کاملا متوقف می‌شود. به این دلیل نمی‌توان آنها را منبعی با قابلیت تولید 24 ساعته انرژی الکتریکی دانست. به همین سبب است که بسیاری از کشورهای دنیا که به استفاده از این نوع انرژی‌ها روی آورده‌اند، گاهی مجبورند از انرژی‌های فسیلی به عنوان جایگزینی برای مواقع قطع برق تولیدی از نیروگاه‌های بادی یا خورشیدی استفاده کنند.

البته بهره‌گیری از سوخت‌های فسیلی تنها راه‌حل این کار نیست. شاید بتوان بهترین راه‌حل برای پایدار سازی انرژی تولیدی از منابع پاک را ذخیره انرژی تولید شده توسط آنها در اوج زمان تولید و زمان‌هایی که مصرف کاهش می‌یابد، دانست. به این ترتیب با ذخیره انرژی اضافه تولید شده می‌توان کمبود انرژی در ساعات و مواقع نبود تولید یا اوج مصرف را جبران کرد، اما باتری‌های ذخیره انرژی هم بسیار پرهزینه و گرانقیمت هستند و این بر مشکلات پیش رو در جایگزینی سوخت‌های فسیلی می‌افزاید. علاوه بر آن این باتری‌ها به علت موادی که در ساخت آنها کار می‌رود، وقتی عمرشان تمام می‌شود و قابلیت شارژ مجدد خود را از دست می‌دهند، خود به مشکلی زیست‌محیطی تبدیل می‌شوند.

خوشبختانه دانشمندان به شیوه‌ای کم هزینه و البته عجیب برای ذخیره انرژی تولید شده در نیروگاه‌های بادی و خورشیدی دست یافته‌اند. در این شیوه قرار است حرارت و انرژی مازاد تولید شده در ذرات ریز یخ ذخیره‌شود تا در موقع لزوم بتوان این انرژی را بازیابی کرد و مورد استفاده قرار داد. نخستین طراحی آزمایشی بر اساس این رویکرد قرار است بزودی در نیروگاهی در ایالت اورگان آمریکا ساخته شود.

سازوکار باتری یخی

ذخیره انرژی در یخ از فرآیندی هوشمندانه بهره می‌برد. در این شیوه ابتدا انرژی اضافی تولید شده توسط توربین‌های بادی و یا صفحات خورشیدی جمع‌آوری و به یک پمپ گرمایی منتقل می‌شود. این پمپ آب موجود در میکرولوله‌های مخصوص را سرد کرده تا در نهایت این آب به صورت ذرات بسیار ریز یخ درآید. ذرات بسیار ریز یخ‌شده را می‌توان به بخشی دیگر پمپاژ کرد و در موقع لزوم از اختلاف سطح انرژی آنها با محیط برای تولید انرژی استفاده کرد.

البته دامنه کاربردهای این شیوه هوشمندانه به هیچ‌وجه به نیروگاه‌های خورشیدی یا بادی محدود نمی‌شود و انرژی گرمایی اضافی نیروگاه‌های برق استفاده‌کننده از سوخت‌های فسیلی را نیز می‌توان جذب و آب را به ذرات منجمد تبدیل کرد. در مرحله بعد بازهم می‌توان با به کارگیری هوای گرم محیط این میکروذرات یخ را ذوب و از اختلاف انرژی آن، برای چرخاندن یک توربین استفاده کرد. بازدهی این فرآیند 80 درصد و بدان معنا است که 80 درصد از انرژی گرمایی اولیه گرفته شده از سیستم را می‌توان ضمن فرآیند دوباره جذب انرژی از محیط به برق تبدیل کرد.

این یک روش برعکس ذخیره انرژی است. یعنی به جای ذخیره انرژی آن را مصرف می‌کنیم تا میکرو‌ذرات یخ در سیکلی برعکس و به منظور جذب دوباره انرژی از محیط، جریان انرژی تولید کنند.

ذخیره انرژی در محلول آب و آهن

اما شیوه دیگری نیز توسط دانشمندان برای ذخیره انرژی و افزایش بهره‌وری از نیروگاه‌های مختلف طراحی شده و آن هم استفاده از آهن است. در این شیوه از یک باتری دارای محلول آهن و آب استفاده می‌شود. انرژی مازاد تولید شده توسط نیروگاه سبب می‌شود آهن موجود در محلول الکترون‌های اضافی دریافت کند. در صورت نیاز به بازیابی انرژی نیز می‌توان این محلول را در میان دو الکترود قرار داد تا این الکترون‌های اضافی از آهن جدا شده و جریان الکتریکی ایجاد کنند و به این ترتیب انرژی ذخیره شده در آن بازیابی شود.

در حال حاضر گروهی از دانشمندان می‌کوشند باتری‌های این چنینی که در اصطلاح «یون ـ آهنی» نام دارد را تهیه کرده و در اختیار شهروندان معمولی که صفحات خورشیدی یا توریبن‌های بادی دارند قرار دهند تا آنها نیز بتوانند بخشی از انرژی مازاد تولید شده را ذخیره کنند.

ذخیره انرژی روی شیشه

دایره خلاقیت دانشمندان برای دستیابی به شیوه‌های نوین ذخیره انرژی تنها به یخ و آهن محدود نشد. گروهی از پژوهشگران با استفاده از فسفات نوعی شیشه درست کردند که نقظه ذوب پایینی دارد و می‌تواند همانند یخ و آهن به عنوان نوعی واسطه برای ذخیره انرژی به کار رود. گرانروی (ویسکوزیته) این شیشه بسیار پایین‌تر از شیشه معمولی است. به کلامی دیگر این شیشه تا حد زیادی شبیه عسل است و حتی می‌توان آن را در حالت مایع شده پمپاژ کرد.

اما چگونه می‌توان انرژی را روی این شیشه ذخیره کرد. ابتدا این شیشه مقداری انرژی گرمایی دریافت می‌کند و به صورت مایع در می‌آید. در مرحله بعد می‌توان آن را به نقطه‌ای دیگر پمپاژ کرد تا در آنجا سرد شده و انرژی ذخیره شده در خود را آزاد کند. گرمای آزاد شده را می‌توان برای تولید بخار به منظور حرکت پره‌های توربین به کار گرفت.

قرار است نمونه آزمایشی این فناوری در یک کارخانه تولید آلومینیوم به کار گرفته شود. در کارخانه‌های ذوب فلز، حجم زیادی از انرژی گرمایی هدر می‌رود. با استفاده از این شیوه شاید بتوان جلوی اتلاف بخش عمده‌ای از این گرما را گرفت و به این ترتیب بهره‌وری انرژی در این مراکز را به‌طور چشمگیری افزایش داد.

با این که بهره‌گیری از یخ، آهن و شیشه برای ذخیره انرژی گرمایی می‌تواند نویدهای زیادی به منظور استفاده موثرتر از انرژی‌ها در صنایع مختلف داشته باشد، اما شاید امیدبخش‌ترین استفاده از آنها را باید در نیروگاه‌های مبتنی بر انرژی‌های تجدیدپذیر دانست. شاید استفاده از این شیوه‌های ذخیره انرژی بتواند از نیاز روز افزون بشر به سوخت‌های فسیلی اندکی بکاهد.