3 أسباب تجعل الكهرباء الرخيصة الوفيرة أقرب إلى الواقع

2023 مؤلف: Isabella Ferguson | [email protected]. آخر تعديل: 2023-11-26 12:44

العلم لا ينام. يستمر السعي لإيجاد طرق جديدة وأفضل للقيام بالأشياء في آلاف المختبرات حول العالم. اليوم ، يعتمد الاقتصاد العالمي على استخدام الكهرباء. إذا كانت هناك طريقة لتسخير كل الطاقة من الشمس التي تسقط على الأرض كل يوم ، فسيكون هناك ما يكفي من الكهرباء المتاحة لتلبية احتياجات كل رجل وامرأة وطفل على هذا الكوكب مع بقاء الكثير. ذلك اليوم يقترب طوال الوقت. وإليك ثلاثة أسباب لماذا.

النقاط الكمومية تجعل الألواح الشمسية أفضل

وفقًا لـ Science Daily ، سجل باحثون في جامعة كوينزلاند رقمًا قياسيًا عالميًا جديدًا لتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء باستخدام النقاط الكمومية - التي تمرر الإلكترونات بين بعضها البعض وتولد تيارًا كهربائيًا عند تعرضها للطاقة الشمسية في جهاز الخلايا الشمسية. لقد تفوقت الأجهزة الشمسية التي طوروها على الرقم القياسي الحالي لتحويل الطاقة الشمسية بنسبة 25٪.

تستخدم تقنيات الطاقة الشمسية التقليدية مواد صلبة باهظة الثمن. يقول البروفيسور Lianzhou Wang ، الذي يقود فريق البحث ، "إن الفئة الجديدة من النقاط الكمومية التي طورتها الجامعة مرنة وقابلة للطباعة". وهذا يفتح مجموعة كبيرة من التطبيقات المحتملة ، بما في ذلك إمكانية استخدامه كبشرة شفافة لتشغيل السيارات والطائرات والمنازل والتكنولوجيا القابلة للارتداء. في نهاية المطاف يمكن أن تلعب دورًا رئيسيًا في تحقيق هدف الأمم المتحدة المتمثل في زيادة حصة الطاقة المتجددة في مزيج الطاقة العالمي ".

ويضيف: "يتوافق هذا الجيل الجديد من النقاط الكمومية مع التقنيات القابلة للطباعة على نطاق واسع وبأسعار معقولة". "من المهم التحسن بنسبة 25٪ تقريبًا في الكفاءة التي حققناها مقارنة بالرقم القياسي العالمي السابق. إنه بالفعل الفرق بين تقنية الخلايا الشمسية ذات النقاط الكمومية كونها فرصة مثيرة وكونها قابلة للتطبيق تجارياً ". نُشر البحث في 20 يناير في مجلة Nature Energy.

الكهرباء من الهواء الرقيق

ذكرت Science Daily أيضًا أن الباحثين في UMass Amherst لديهم أيضًا أخبارًا مثيرة للاهتمام. يزعمون أنهم ابتكروا جهازًا يسمى Air-gen ، وهو اختصار لمولد يعمل بالهواء. (ملاحظة: أبلغنا مؤخرًا عن أبحاث أخرى تنتج الكهرباء من مياه الأمطار.) يستخدم الجهاز أسلاك نانوية بروتينية تم إنشاؤها بواسطة ميكروب يسمى Geobacter. يمكن لهذه الأسلاك النانوية أن تولد الكهرباء من بخار الماء الموجود بشكل طبيعي في الغلاف الجوي. نحن حرفيا نصنع الكهرباء من فراغ. يولد Air-gen طاقة نظيفة على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع. يقول الباحثان Jun Yao و Derek Lovely إنه التطبيق الأكثر روعة وإثارة من أسلاك البروتين النانوية حتى الآن. تم نشر العمل في 17 فبراير في مجلة نيتشر.

التكنولوجيا الجديدة التي تم تطويرها في مختبر ياو غير ملوثة ومتجددة ومنخفضة التكلفة. يمكنه توليد الطاقة حتى في المناطق ذات الرطوبة المنخفضة للغاية مثل الصحراء الكبرى. يقول لوفلي إنه يتمتع بمزايا كبيرة مقارنة بأشكال أخرى من الطاقة المتجددة بما في ذلك الطاقة الشمسية وطاقة الرياح ، لأنه على عكس مصادر الطاقة المتجددة الأخرى ، لا يتطلب Air-gen ضوء الشمس أو الرياح ، بل إنه "يعمل حتى في الداخل".

يقول ياو ، "الهدف النهائي هو صنع أنظمة واسعة النطاق. على سبيل المثال ، قد يتم دمج هذه التقنية في طلاء الجدران الذي يمكن أن يساعد في تزويد منزلك بالطاقة. أو قد نطور مولدات تعمل بالهواء قائمة بذاتها تزود الكهرباء خارج الشبكة. بمجرد أن نصل إلى النطاق الصناعي لإنتاج الأسلاك ، أتوقع تمامًا أنه يمكننا إنشاء أنظمة كبيرة من شأنها أن تقدم مساهمة كبيرة في إنتاج الطاقة المستدامة. هذه مجرد بداية لعصر جديد من الأجهزة الإلكترونية القائمة على البروتين ".

أغشية محسنة لبطاريات التدفق من السليلوز

تخزين الطاقة مهم تقريبًا لإزالة الكربون عن البيئة مثل جعلها في المقام الأول. هناك العشرات إن لم يكن المئات من الطرق لتخزين الكهرباء وكلها تعمل بدرجة أو بأخرى. غالبًا ما يرجع الفرق بين أي منها قابل للتطبيق تجاريًا وتلك غير صالح إلى المال.

تستخدم بطاريات التدفق إلكتروليت سائلين - أحدهما موجب الشحنة والآخر سالب الشحنة - يفصل بينهما غشاء يسمح للإلكترونات بالمرور ذهابًا وإيابًا بينهما. المشكلة هي أن السوائل شديدة التآكل. الأغشية المستخدمة اليوم باهظة الثمن - أكثر من 1300 دولار للمتر المربع.

ذكرت Phys.org أن Hongli Zhu ، الأستاذ المساعد في الهندسة الميكانيكية والصناعية في جامعة نورث إيسترن ، نجح في إنشاء غشاء لاستخدامه في بطاريات التدفق المصنوعة من السليلوز وتكلفتها 147.68 دولارًا فقط للمتر المربع. إن خفض تكلفة شيء ما بنسبة 90٪ هو نوع الأخبار التي تجعل الناس يطرقون بابك.

يستخدم الغشاء بلورات نانوية مشتقة من السليلوز مع بوليمر يُعرف باسم بولي فينيلدين فلوريد - سداسي فلورو بروبيلين. يعتبر الغشاء المشتق بشكل طبيعي فعالاً بشكل خاص لأن هيكله الخلوي يحتوي على آلاف مجموعات الهيدروكسيل ، والتي تتضمن روابط من الهيدروجين والأكسجين تجعل من السهل نقل المياه في النباتات والأشجار.

في بطاريات التدفق ، يعمل هذا التركيب الجزيئي على تسريع نقل البروتونات أثناء تدفقها عبر الغشاء. يقول تشو: "بالنسبة لهذه المواد ، يتمثل أحد التحديات في صعوبة العثور على بوليمر موصل للبروتون وهو أيضًا مادة مستقرة جدًا في الحمض المتدفق".

يمكن استخلاص السليلوز من المصادر الطبيعية بما في ذلك الطحالب والنفايات الصلبة والبكتيريا. يقول تشو: "الكثير من المواد في الطبيعة عبارة عن مركب ، وإذا تفككنا مكوناته ، فيمكننا استخدامه لاستخراج السليلوز". "مثل النفايات من الفناء ، والكثير من النفايات الصلبة التي لا نعرف دائمًا ماذا نفعل بها."

يمكن لبطاريات التدفق تخزين كميات كبيرة من الكهرباء على مدى فترات طويلة من الزمن - بشرط ألا ينكسر الغشاء الموجود بين صهاريج التخزين. لتخزين المزيد من الكهرباء ، قم ببساطة بتكبير الخزانات ، مما يجعلها مثالية لتطبيقات التخزين الشبكي حيث يوجد غالبًا مساحة كبيرة لتثبيتها. سيؤدي خفض تكلفة الغشاء إلى جعلها أكثر جاذبية لمطوري الطاقة المتجددة ويساعد على دفع ثورة الطاقة النظيفة إلى الأمام.

الوجبات الجاهزة

المجنونون في استخدام الوقود الأحفوري لن يستسلموا بسهولة. لديهم الكثير ليخسروه ولن يهتموا كثيرًا إذا توقفت الحياة على الأرض لبضعة ملايين من السنين ، طالما أنهم يستفيدون من استثماراتهم. لكنهم يعانون من موت آلاف الجروح. لن ينهي أي من الاختراقات التي تمت مناقشتها أعلاه توليد الطاقة الحرارية من تلقاء نفسه ، لكنهم جميعًا ، جنبًا إلى جنب مع مئات أخرى مثلهم تحدث كل يوم ، كل أسبوع ، وكل شهر ، يكتبون ببطء نقشًا للوقود الأحفوري.

وهنا ملاحظة أخرى. الشخص من أصل صيني هو قائد جميع الجهود البحثية الثلاثة المذكورة أعلاه. هؤلاء هم بالتحديد الأشخاص المستهدفون من قبل حكومة الولايات المتحدة في الوقت الحالي وهي تصعد حربها على المهاجرين وأي شخص لا يستطيع تتبع أصولهم إلى شمال أوروبا. تخيل للحظة ما سيحدث لأمريكا عندما يغادر باحثون مثلهم إلى بلدان يرحب بهم فيها بدلاً من الاحتقار.