خاص هاشتاغ 24
إن الاستهلاك المتزايد لمصادر الطاقة التقليدية بشكل متزايد بات يهدد المستقبل التكنولوجي الحضاري، لاعتماد كل شيء فيه على الطاقة بشكل عام .
وذلك على حد سواء أكانت الكهرباء أم المشتقات النفطية هي المصدر الأساسي للطاقة.
وهذا ما جعل السباق نحو البحث عن مصادر بديلة للطاقة يستعر بين الدول المتقدمة لتكون في مأمن عن هذا التهديد وضمان لاستمرارية تقدمها..
فكان اعتماد الطاقة الشمسية أحد الخيارات التي اعتمدت ولكن كانت المشكلة مع مغيب الشمس فاعتمدت البطاريات لتخزين الطاقة مع استمرار البحث عن بدائل ليلية.
وهذا أيضاً ما دفع فريقاً من العلماء إلى تطوير خلايا تعمل ليلاً وبدون أشعة الشمس.
وبالفعل توصل فريق من الباحثين في جامعة كاليفورنيا إلى تطوير نوع جديد من الخلايا الضوئية، تولد الكهرباء في الليل عند إطلاقها الأشعة تحت الحمراء، عكس الخلايا التقليدية التي تعتمد لذلك على امتصاص أشعة الشمس.
إذ رغم الاعتماد المتزايد على الطاقات المتجددة خلال العقود القليلة الماضية، ولا سيما الطاقة الشمسية، فإن معضلة عدم انتظامها واستمراريتها طوال اليوم أو على مدار العام، يمثل عائقا أمامها لمنافسة المصادر الأحفورية للطاقة بشكل جدي.
ومن ثم يعمل الباحثون بشكل حثيث على تطوير حلول تقنية لتخزين الفائض من الطاقة لاستخدامه خلال الليل أو في الأيام الغائمة، لكن أغلب التقنيات التي تم ترويجها إلى اليوم لم تنجح في تجاوز هذه العقبة.
وفي الدراسة الجديدة المنشورة في عدد يناير/كانون الثاني من دورية “آي سي إس فوتونيك” وظهرت على غلافها.
عمل باحثون من جامعة كاليفورنيا ديفيس على معالجة المسألة من زاوية مختلفة، بتطوير خلايا ضوئية قادرة على إنتاج الطاقة ليلا عندما لا يكون هناك شمس ولا حرارة.
ووفقا لجيريمي موندي أستاذ الهندسة الكهربائية وهندسة الحاسبات في جامعة كاليفورنيا ديفيس، يمكن للخلايا الضوئية المبتكرة توليد ما يصل إلى خمسين واطا من الطاقة لكل متر مربع في ظل ظروف مثالية في الليل.
أي حوالي ربع ما يمكن أن تولده الألواح الشمسية التقليدية في النهار.
ويقول الباحثون إن طريقة عمل الخلايا الليلية تشبه الطريقة التي تعمل بها الخلية العادية، ولكن في الاتجاه المعاكس.
فمن المعروف أن أي جسم أسخن من البيئة المحيطة به يشع الحرارة في شكل أشعة تحت حمراء، في المقابل تمتص الخلية التقليدية الباردة الضوء.
لذلك، فإذا كان لديك جسم دافئ في جو بارد نسبيا فإنه سوف يشع الحرارة باتجاهه، وهي ظاهرة معروفة منذ القدم، لكن الاهتمام بها لاستخدامها في مجال إنتاج الطاقة لم يظهر إلا في السنوات الخمس الماضية.
الطاقة الشمسية تواجه معضلة عدم انتظامها واستمراريتها طوال اليوم أو على مدار العام تو اجه (ويكيميديا كومونز)مبدأ عكسي.
يشرح موندي كيفية توليد الخلايا الجديدة للطاقة، قائلا “إن الخلايا الشمسية التقليدية تولد الطاقة عن طريق امتصاص أشعة الشمس التي تتسبب في ظهور الجهد الكهربي عبر الجهاز وتدفق التيار، لكن في الخلايا الجديدة التي تستخدم مواد مختلفة.
يتم إصدار الضوء (أشعة تحت الحمراء) بدلا من ذلك، بينما يسير التيار والجهد في الاتجاه المعاكس”.
يشير مؤلفو الدراسة إلى أن الخلايا الجديدة تختلف عن نوع آخر من الأجهزة يسمى الخلية الحرارية التي تولد الطاقة عن طريق إشعاع الحرارة إلى محيطها، وقد تم تطويرها سابقا واستخدامها في التقاط الحرارة المهدرة من المحركات.
ويقول الباحثون إن الخلايا الضوئية الجديدة بإمكانها العمل كذلك خلال فترات النهار المشمسة، إذا وضعت في منطقة ظليلة بعيدة عن أشعة الشمس المباشرة أو تم توجيهها بعيدا عن اتجاهها؛
لذلك فهي خيار مثير للاهتمام لتحقيق التوازن في شبكة الطاقة أثناء دورة الليل والنهار.
في ظل الاستهلاك المتزايد لمصادر الطاقة بشكل أصبح يشكل خطراً يهدد الاحتياطيات العالمية.
كان التوجه الى إيجاد مصادر أخرى سميت بالطاقة البديلة, ولعل أضخم تلك المشاريع و أكثرها انتشارا كانت مشاريع الطاقة الشمسية.
إلا أنه وبغض النظر عن مدى وفرتها أو تجددها، تحيط بعض المشاكل بالطاقة الشمسية، حيث لا يوجد إلى حد الآن طريقة تخزين على المدى الطويل للطاقة التي يقع توليدها، على أن تكون غير مكلفة وفعالة.
لكن لا بد أن سائل الطاقة الشمسية المكتشف مؤخراً سيغيّر هذه الصورة بشكل تام وإلى الأبد.
عانت صناعة الطاقة الشمسية من هذه المشكلة لبعض الوقت. لكن عام 2017، قدمت سلسلة من أربع ورقات بحثية حلاً جديداً مثيراً للاهتمام فيما يتعلق بهذه المشكلة، بحسب موقع Sciencealert الأميركي.
طور علماء في السويد سائلاً خاصاً يسمى وقود الطاقة الشمسية، يتمتع بالقدرة على تخزين الطاقة المتأتية من الشمس لمدة تزيد عن عشر سنوات.
وقد أوضح جيفري غروسمان، مهندس مختص في هذه المواد في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لشبكة NBC News، أن “وقود الطاقة الشمسية يشبه بطارية قابلة لإعادة الشحن.
لكن بدل استخدام الكهرباء نقوم بتزويده بالضوء المتأتي من الشمس، لينتج الحرارة، حسب الطلب”.
والجدير بالذكر أنه قضى علماء من جامعة شالمر للتكنولوجيا السويدية أكثر من عام للعمل على تحسين هذا الاكتشاف، الذي يعد عبارة عن جزيء في شكله السائل.
كيف يعمل السائل الكيميائي؟
يتكون هذا الجزيء من الكربون والهيدروجين فضلاً عن النيتروجين، وعند تعرضه لأشعة الشمس تحدث ردة فعل غير مألوفة، حيث تقع إعادة ترتيب الروابط بين ذراته.
ويتحول هذا الجزيء بدوره إلى نسخة جديدة نشطة، تسمى التصاوغ.
وتصبح الطاقة المتأتية من الشمس حبيسة بين الروابط الكيميائية القوية للتصاوغ، وتظل في المكان ذاته حتى عندما تنخفض حرارة الجزيء لتتوافق مع درجة حرارة الغرفة.
عندما نحتاج إلى الطاقة سيتم استخدام سائل الطاقة
في الليل مثلاً أو خلال الشتاء، يتم ببساطة استخلاص هذا السائل من خلال مادة الحفاز التي تعيد الجزيء إلى شكله الأصلي، مما يتسبب في إطلاق هذه الطاقة على شكل حرارة.
ذكر أحد أعضاء الفريق، وهو عالم في المواد النانوية، يدعى كاسبر موث -بولسن، يعمل في جامعة شالمر للتكنولوجيا أنه “يمكن تخزين الطاقة في جزيء التصاوغ هذا لمدة تصل إلى 18 عاماً.
وعندما نقوم باستخراج الطاقة واستخدامها نحصل على حرارة مرتفعة أكثر مما كنا نتوقع بمراحل”.
ومن خلال النموذج الأولي لنظام الطاقة، الذي ثبت على سطح مبنى الجامعة، وضع هذا السائل الجديد قيد الاختبار.
ووفقاً للباحثين، جذبت النتائج انتباه العديد من المستثمرين.
كيف يعمل سائل الطاقة الشمسية المتجددة؟
يتكون جهاز الطاقة المتجددة الخالي من الانبعاثات من مرآة كروية مع أنبوب في الوسط، تقوم بتتبع أشعة الشمس تماماً مثل صحن استقبال القنوات الفضائية. ويعمل هذا النظام على نحو دائري.
وعن طريق ضخه في أنابيب شفافة، ترتفع درجة حرارة السائل عند تعرضه لأشعة الشمس مما يتسبب في تحويل جزيء نوربورناديين إلى جزيء التصاوغ الحابس للحرارة، کوادریسیکلان.
ويتم، بعد ذلك، تخزين السائل في درجة حرارة الغرفة مع حد أدنى من خسارة الطاقة.
وعند الحاجة إلى استخدام الطاقة، تقع تصفية هذا السائل عن طريق عملية التحفيز باستخدام مادة حفاز خاصة تحول الجزيئات إلى شكلها الأصلي، وتقوم بتسخين السائل إلى حدود 63 درجة مئوية (113 درجة فهرنهايت).
ونأمل أن يتم استخدام هذه الحرارة في أنظمة التدفئة المنزلية وتشغيل سخان المياه في المباني وغسالة الصحون ومجفف الملابس والكثير من الاستعمالات الأخرى، قبل أن تستقر في الجهاز على السطح مرة أخرى.
وقد أخضع الباحثون السائل لهذه الدورة أكثر من 125 مرة، حيث قاموا برفع درجة الحرارة وخفضها دون أن ينتج عن ذلك حدوث أي ضرر كبير في الجزيء.
وقال موث-بولسن: “لقد حققنا الكثير من التقدم في الآونة الأخيرة، واليوم لدينا نظام للطاقة خال من الانبعاثات ويعمل على مدار العام”.
إنه أفضل من بطاريات تيسلا
ووفقاً لشبكة NBC، بعد مجموعة من التطويرات التي طرأت على هذا المشروع، يدعي الباحثون أن هذا السائل يمكن أن يحبس 250 واط – ساعة من الطاقة لكل كيلوغرام، ويعد ذلك ضعف طاقة الكهرباء الموجودة في بطاريات تيسلا باور وال.
لكن لا يزال هناك مجال كبير لتحسين هذه الفكرة. ويعتقد الباحثون أنه من خلال الاستغلال الصحيح لهذا المشروع يمكنهم الحصول على المزيد من الحرارة، حوالي 110 درجة مئوية (230 درجة فهرنهايت) أخرى.
أفاد موث -بولسن، أنه “لا يزال هناك الكثير من الخطوات التي يجب القيام بها في الصدد.
لقد تمكنا للتو من تشغيل هذا النظام. ونحتاج الآن إلى ضمان تصميم هذا المشروع على النحو الأمثل”.
ويعتقد أنه في حال سارت الأمور كما هو مخطط لها، يمكن أن تصبح هذه التكنولوجيا جاهزة للاستخدام التجاري في غضون 10 أعوام.