توصلت دراسة جديدة قام بها علماء من معهد ماساشوستس للتكنولوجيا إلى أن اثنين من أكثر المواد انتشارا لدى البشرية، وهما الأسمنت وأسود الكربون (الذي يشبه الفحم النباتي ذي الحبيبات الدقيقة)، قد يشكلان الأساس لنظام تخزين طاقة جديد ومنخفض التكلفة.

يمكن لهذه التكنولوجيا أن تسهل استخدام مصادر الطاقة المتجددة، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح وطاقة المد والجزر، عن طريق السماح لشبكات الطاقة بالبقاء مستقرة رغم التقلبات في إمدادات الطاقة المتجددة.

ووجد الباحثون أنه يمكن دمج المادتين مع الماء لصنع مكثف فائق -بديل للبطاريات- يمكن أن يوفر تخزينا للطاقة الكهربائية. ويقول باحثو معهد ماساشوستس للتكنولوجيا الذين طوروا النظام أنه يمكن في النهاية دمج المكثف الفائق في الأساسات الخرسانية للمنزل، حيث يمكنه تخزين ما يكفي من الطاقة ليوم كامل مع إضافة القليل إلى تكلفة الأساسات، بما يحافظ على القوة الهيكلية المطلوبة.

ويتصور الباحثون أيضا إمكانية إنشاء طرق خرسانية يمكن أن توفر بدون تلامس إمكانية إعادة الشحن للسيارات الكهربائية في أثناء سيرها عبر تلك الطرق.

تم وصف هذه التكنولوجيا البسيطة والمبتكرة في ورقة بحثية نشرت في دورية "بروسيدنغز أوف ذا ناشونال أكاديمي أوف ساينسز" (PNAS)، يوم 31 يوليو/تموز الماضي.

المكثفات أجهزة بسيطة للغاية تتكون من لوحين موصلين كهربائيا مغمورين في إلكتروليت (ويكيبيديا) كيف نفهم هذا الابتكار؟

لفهم هذا الابتكار، دعونا نفهم فكرة المكثفات وعملها في مجال الطاقة الكهربية. فالمكثفات، من حيث المبدأ، أجهزة بسيطة للغاية تتكون من لوحين موصلين كهربائيا مغمورين في إلكتروليت ويفصل بينهما غشاء. وعندما يتم تطبيق جهد عبر المكثف، تتراكم الأيونات الموجبة الشحنة من الإلكتروليت على الصفيحة السالبة الشحنة، بينما تتراكم على اللوح موجب الشحنة الأيونات السالبة الشحنة.

ونظرًا لأن الغشاء الموجود بين الصفائح يمنع الأيونات المشحونة من الانتقال عبرها، فإن فصل الشحنات هذا يخلق مجالا كهربائيا بين الألواح، ويصبح المكثف مشحونا. ويمكن للصفيحتين الحفاظ على هذا الزوج من الشحنات لفترة طويلة، ومن ثم توصيلهما بسرعة كبيرة عند الحاجة.

ويمكن للمكثفات الفائقة تخزين شحنات كبيرة بشكل استثنائي. وتعتمد كمية الطاقة التي يمكن أن يخزنها المكثف على المساحة الإجمالية لألواحه الموصلة. ويأتي مفتاح المكثفات الفائقة الجديدة التي طورها الفريق الأميركي من طريقة إنتاج مادة قائمة على الأسمنت مع مساحة سطح داخلية عالية للغاية بسبب شبكة كثيفة ومترابطة من المواد الموصلة ضمن حجمها الأكبر.

أسود الكربون -عالي التوصيل- تم إدخاله في خليط خرساني إلى جانب مسحوق الأسمنت والماء (غيتي) خلطة أسود الكربون والماء

أدخل الباحثون أسود الكربون -عالي التوصيل- في خليط خرساني إلى جانب مسحوق الأسمنت والماء، وتُرك يجف، وتشكل المياه بشكل طبيعي شبكة متفرعة من الفتحات داخل الهيكل حيث تتفاعل مع الأسمنت، وينتقل الكربون إلى هذه المساحات لصنع هياكل تشبه الأسلاك داخل الأسمنت المتصلب.

تحتوي هذه الهياكل على هيكل شبيه بالكسيرات، مع فروع أكبر تنبت فروعًا أصغر، والتي ينبت منها فروعا أصغر، وهكذا، وتنتهي بمساحة كبيرة للغاية داخل حدود حجم صغير نسبيا.

يتم بعد ذلك نقع المادة في مادة إلكتروليت قياسية، مثل كلوريد البوتاسيوم، وهو نوع من الملح، يوفر الجسيمات المشحونة التي تتراكم على هياكل الكربون. وقد وجد الباحثون أن قطبين مصنوعين من هذه المادة، تفصلهما مساحة رقيقة أو طبقة عازلة، يشكلان مكثفًا فائقًا قويًا للغاية.

تعمل لوحتا المكثف تمامًا مثل قطبي بطارية قابلة لإعادة الشحن ذات جهد مكافئ عند التوصيل بمصدر للكهرباء، حيث يتم تخزين الطاقة في الألواح، ثم عند التوصيل بحمل، يتدفق التيار الكهربائي مجددا لتوفير الطاقة.

المكثفات الفائقة الجديدة لديها إمكانات كبيرة للمساعدة في انتقال العالم إلى الطاقة المتجددة (شترستوك) فرصة كبيرة للانتقال للطاقات المتجددة

يقول الباحثون إن المكثفات الفائقة المصنوعة من هذه المادة لديها إمكانات كبيرة للمساعدة في انتقال العالم إلى الطاقة المتجددة، إذ تنتج المصادر الرئيسية المتجددة -مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية وطاقة المد والجزر- الطاقة في أوقات متغيرة لا تتوافق غالبا مع ذروة استخدام الكهرباء، لذا فإن طرق تخزين هذه الطاقة ضرورية.

ومع وجود حاجة كبيرة لتخزين الطاقة الضخمة، وارتفاع تكلفة البطاريات الحالية التي تعتمد في الغالب على مواد موجودة بشكل محدود مثل الليثيوم، تبرز الحاجة الماسة إلى بدائل أرخص، وهنا تأتي أهمية الاكتشاف الجديد، لأن الأسمنت موجود في كل مكان.

وحسب الفريق الأميركي، فإن كتلة من الخرسانة النانوية المطلية بالكربون الأسود والتي يبلغ حجمها 45 مترا مكعبا -أي ما يعادل مكعبا بعرض 3.5 أمتار تقريبا- ستكون لها سعة كافية لتخزين نحو 10 كيلووات/ ساعة من الطاقة، وهو متوسط الاستخدام اليومي للكهرباء للأسرة. ويمكن للمنزل الذي يحتوي على أساس مصنوع من هذه المادة تخزين طاقة يومية تنتجها الألواح الشمسية أو طواحين الهواء والسماح باستخدامها عند الحاجة. ويمكن شحن المكثفات الفائقة وتفريغها بسرعة أكبر بكثير من البطاريات.

بعد سلسلة من الاختبارات المستخدمة لتحديد النسب الأكثر فاعلية للأسمنت وأسود الكربون والماء، صنع الفريق مكثفات فائقة صغيرة، بعرض نحو سنتيمتر واحد وسُمك مليمتر واحد، يمكن شحن كل منها إلى 1 فولت، ويخطط الفريق حاليا لبناء سلسلة من الإصدارات الأكبر من البطاريات، بدءا ببطارية في حجم بطارية السيارة النموذجية بجهد 12 فولتا، ثم العمل حتى إصدار 45 مترا مكعبا لإثبات قدرتها على تخزين الطاقة الكهربائية اللازمة للمنزل.

المصدر: الجزيرة

كلمات دلالية: الطاقة المتجددة

إقرأ أيضاً:

عصمت: دعم وتطوير وتحديث شبكة نقل الكهرباء لاستيعاب القدرات المضافة من الطاقات المتجددة

 


 


أكد الدكتور محمود عصمت وزير الكهرباء والطاقة المتجددة أن إتاحة الطاقة الكهربائية بجودة واستمرارية واستقرار من أهم الأهداف لخطة العمل خلال المرحلة الحالية، وأن استراتيجية العمل الخاصة بالتحول الطاقى والتوسع فى مشروعات الطاقة المتجددة وزيادة الاعتماد عليها والحفاظ على البيئة يجرى تنفيذها بالتوازي مع خطة شاملة لرفع كفاءة الشبكة الكهربائية وتحسين مستوى الأداء وخفض معدل إستهلاك الوقود، جاء ذلك خلال ترأس الدكتور عصمت للجمعية العامة العادية للشركة المصرية لنقل الكهرباء، بحضور الدكتورة رانيا المشاط وزيرة التخطيط والتنمية الاقتصادية والتعاون الدولى، والتي انعقدت صباح اليوم بمقر الوزارة بالعاصمة الإدارية، لاعتماد تقرير مجلس الإدارة عن نشاط الشركة خلال العام المالى 2023/2024، والمصادقة على القوائم المالية والحسابات الختامية.

قال الدكتور محمود عصمت أن الوزارة تواصل العمل على تطوير الشبكة الكهربائية والتحول من شبكة نمطية إلى شبكة ذكية تكون قادرة على استيعاب القدرات التوليدية الكبيرة خاصة من الطاقات المتجددة، ونقل الطاقة بأعلى كفاءة وأقل فقد مع ترشيد المكون الدولاري، مع الاهتمام بالمشروعات الاستراتيجية ومشروعات الإستصلاح الزراعى، مشيراً إلى الجهود التى يبذلها قطاع الكهرباء لدعم شبكة النقل على الجهود المختلفة لتحسين كفاءة الشبكة وتقليل الفقد لتكون قادرة على نقل الطاقة الكهربائية المستدامة من كافة مصادر الإنتاج وفقاً للمعايير العالمية من خلال عمل مؤسسى يتبنى التشغيل الإقتصادى لمحطات الإنتاج وسياسات الجودة والإستخدام الأمثل للموارد والأصول والحفاظ على البيئة اعتماداً على قدرات بشرية وتكنولوجية عالية الكفاءة وانجاز الأعمال بطريقة آمنة بما يحقق صالح المشتركين والعاملين ويحقق النفع العام.

من جانبها استعرضت المهندسة منى رزق رئيس مجلس إدارة الشركة المصرية لنقل الكهرباء تقريراً أكدت فيه أن الشركة المصرية لنقل الكهرباء قامت خلال العام المالي 2023/2024  بتنفيذ ما كان مخططاً بنسبة كبيرة وبلغت الاستثمارات المنصرفة خلال العام حوالى 7,6  مليار جنيه، لإحلال وتجديد محطات وخطوط جهد عالى  وفائق، واستكمال محطات وخطوط وكابلات جهد عالى وفائق وتوسع وإضافة جديدة لمحطات وخطوط وكابلات الجهد الفائق والعالى، وإنشاء وتطوير التحكمات الإقليمية، وكذلك تشجيع الاستثمار في مشروعات الطاقة المتجددة وربطها بالشبكة، موضحةً أن  اجمالى قدرات الطاقات المتجددة من رياح وشمسى ومائى التي تم تشغيلها أو تحت الإنشاء أو جارى إنهاء التعاقد عليها تبلغ مايقارب من ٢٢,٨ جيجاوات بالاضافة إلى مشرعات بطاريات التخزين للحفاظ على استقرار الشبكة القومية للكهرباء وذلك في إطار تنفيذ استراتيجية الطاقة للوصول بمساهمة الطاقات المتجددة الى 42% من إجمالي الطاقات المولدة بحلول  عام 2030،

أشارت المهندسة منى رزق إلى مشروعات الربط الكهربائي مع دول الجوار وحرص وزارة الكهرباء والطاقة المتجددة على دعم وتطوير الشبكة الكهربائية الموحدة لجعل مصر مركزا إقليميا لتبادل الطاقة بين الدول ودعم مشروعات الربط الاقليمى القائمة مع (الأردن وليبيا والسودان) وكذلك مشروع الربط الجارى تنفيذه مع المملكة العربية السعودية، ومشروعات الربط الجارى دراستها بين (مصر /قبرص ، ومصر / الأردن / هيئة الربط الخليجي، مصر / اليونان، مصر / إيطاليا)، مؤكدة التشغيل الإقتصادى للشبكة الكهربائية بمتابعة يومية من الوزارة ومن خلال قطاع التشغيل بالشركة المصرية لنقل الكهرباء والقطاعات المختلفة بالشركة القابضة والتنسيق مع قطاع البترول لإعداد أنماط تشغيل إقتصادية تحقق معايير الأمان بالشبكة الموحدة وخفض استهلاك الوقود، مشيرة إلى نجاح قطاعات التشغيل بالتحكم القومى في التعامل بمرونة شديدة مع الوقود المتاح لتشغيل المحطات للحفاظ على استقرار الشبكة الكهربائية مع الحفاظ على استقرار الشبكة القومية للغاز  وبلغ إجمالي الطاقة المولدة خلال العام المالى 2023/2024 (229,1 ) جيجاوات ساعة بنسبة تطور مقدارها (6) %.

أكدت المهندسة منى رزق تنفيذ برامج الصيانة لمحطات محولات الجهد الفائق والعالى بنسبة 99%، ولكابلات الجهد الفائق والعالى بنسبة 100%، وللخطوط الهوائية للجهدين الفائق والعالى بنسبة 97% وشمل التشغيل الأمثل شبكات الجهد الفائق والعالى من خلال الإستغلال الأمثل لمحطات المحولات وخطوط نقل الكهرباء والكابلات بإعادة توزيع الحمال عليها والمحافظة على حدود تحميل المهمات بالشبكة القومية في الحدود المسموح بها  وتحديث وتطوير النظم وأجهزة الوقاية بالشبكة القومية للوصول لأعلى مستوى من الحماية والإنتقائية والحساسية وتحسين الجهود ومعامل القدرة بالشبكة الموحدة وبلغ إجمالى المكثفات المركبة بسعة (7075,57) ميجافار ، وإجمالى الممانعات بسعة (3690) ميجافار ، وتم التشغيل التجريبى لمركز التحكم القومى الجديد بالعاصمة الإدارية وتحديث مركز تحكم القاهرة ومن المخطط أن يقوم المشروع بمراقبة أداء وتشغيل عدد (207) محطة محولات على مستوى القاهرة الكبرى وبلغت نسبة تنفيذ المشروع 87% وبلغت نسبة تنفيذ مشروع تحديث مركز تحكم القناة 100% لمراقبة أداء وتشغيل عدد (104) محطة محولات  وإنشاء مركز تحكم الدلتا لمراقبة أداء وتشغيل عدد (107) محطة محولات في عدد 6 محافظات بمنطقة الدلتا، وتم الإنتهاء من تشغيل مركز تحكم بنبان للتحقق من جودة الطاقة المنتجة من المحطات طبقاً لكود ربط المحطات الشمسية بالشبكة، ومراقبة وتسجيل كميات الطاقة الكهربائية المنتجة والتنسيق مع المركز القومى للتحكم في الطاقة لتشغيل محطات الطاقة الشمسية  وتبذل الشركة جهوداً كبيرة لخفض الفقد الفني في شبكات الجهد الفائق والعالى والتى بلغت نسبته خلال العام المالى2023/ 2024 ( 3.38%).

اختتم الدكتور محمود عصمت أعمال الجمعية، مؤكدا على الجهود التى تبذلها الشركة المصرية لنقل الكهرباء لدعم شبكة النقل على مستوى الجمهورية لتحسين كفاءة الشبكة وتقليل الفقد وزيادة قدرتها على استيعاب الطاقة المولدة والقدرات المضافة من الطاقة المتجددة في إطار استراتيجية القطاع مع ضمان الاستدامة، موضحاً استمرار العمل لتنفيذ مشروعات تدعيم شبكة النقل سواء من خلال إنشاء خطوط نقل كهرباء حديثة أو تدعيم الخطوط القائمة وإنشاء محطات محولات جديدة أو توسعات لمحطات محولات موجودة بالفعل، وخاصة تدعيم شبكات نقل الكهرباء بالصعيد والمحافظات الأكثر احتياجاً، مؤكداً تطبيق أحدث معايير الجودة والنظم التكنولوجية الحديثة لتشغيل الشبكة وتحقيق الاستقرار والاستمرارية والاستدامة للتغذية الكهربائية، والاهتمام برفع كفاءة الكوادر البشرية والتدريب على أحدث التكنولوجيات فى مجالات الكهرباء والطاقه و نقل الخبرات.

مقالات مشابهة

  • حزب العدل: مصر تسعى لتصبح مركزا إقليميا للطاقة المتجددة عبر خطط طموحة
  • معهد واشنطن: هذه مصالح إسرائيل في سوريا وهكذا يمكن أن تتحقق
  • «الوزراء» يمنح إحدى شركات الطاقة المتجددة موافقة على إدارة وتشغيل محطة أبيدوس
  • محمود عصمت: إتاحة الكهرباء بجودة واستمرارية.. و7,6 مليار جنيه استثمارات
  • رئيسة نقل الكهرباء: استمرار تطوير الشبكة الموحدة لمشروعات الربط مع دول الجوار
  • الكهرباء: 7.6 مليار جنيه حجم الاستثمارات.. وخفض الفقد الفنى لـ3.38%
  • عصمت: دعم وتطوير وتحديث شبكة نقل الكهرباء لاستيعاب القدرات المضافة من الطاقات المتجددة
  • حصاد الكهرباء 2024.. خطوات عملاقة نحو الاستدامة ودور أكبر للقطاع الخاص
  • قمة ليبيا للطاقة والاقتصاد 2025: طموحات الطاقة المتجددة في صدارة الحدث
  • ما حجم النفط الذي يمكن أن يضخَّه ترامب؟