الملح شديد السخونة قد يكون البديل القادم للبطاريات – ترجمة* محمد جواد آل السيد ناصر الخضراوي

Super-hot salt could be coming to a battery near you
 (Casey Crownhart – بقلم: كايسي كراونهارت)

ملخص المقالة:

يبني العالم المزيد من القدرات لمصادر الطاقة المتجددة، وخاصة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح؛ والقصة الأهم هي: نحتاج قدرة على تخزين الطاقة. وقد شكلت الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها أكثر من 90٪ من تخزين الطاقة في جميع أنحاء العالم كما في عام 2020. وتشكل البطاريات معظم سعة تخزين الطاقة المتبقية اليوم، ومن المرجح نمو سوق تخزين الطاقة أيضًا في العقود القادمة، متأثرا بسعر البطارية وحجمها وعمرها. وهناك نهج جديد يعتمد استخدام الكالسيوم والأنتيمون – مواد أرخص – في تصنيع البطاريات، لكن الأمر سيستغرق بعض الوقت لتوسيع نطاق التصنيع وإثبات أنها ستكون بديلاً للبطاريات الحالية، قابلاً للتطبيق وبأسعار معقولة.

( المقالة )

يمكن أن تساعد كيميائيات البطاريات الجديدة في إطلاق المزيد من الطاقة المتجددة للشبكة.

هناك الكثير مما يحدث في عالم المناخ. ولا يزال العاملون في الانتخابات يعدون ويعيدون فرز الأصوات في الولايات المتحدة لتحديد السيطرة على الكونجرس، ومندوبو الدول منهمكون في المفاوضات في مؤتمر الأمم المتحدة للمناخ، ويتقاتلون على أهداف المناخ واتفاقيات التمويل.

وما زلنا ننتظر المزيد من المعلومات حول ما ستعنيه هذه اللحظات الحرجة لمستقبل سياسة وتقنية المناخ. بينما أصغي جيدا للحصول على رؤى أكثر تحديدًا حول ما يعنيه كل ذلك، فلنأخذ استراحة من التكهنات ونغوص عميقاً في شيء أعتقد أنه يجب علينا جميعًا أن نتحدث عنه أكثر: ألا وهو البطاريات.

أنا مهووس بالبطاريات، وأراقب دائمًا موجة الكيمياء البديلة التي تتسرب ببطء إلى سوق تخزين الطاقة المتنامي. وقد يكون بعض هؤلاء اللاعبين الجدد (البطاريات) أرخص في نهاية المطاف (وبطرق مختلفة أفضل) من بطاريات الليثيوم أيون القياسية في الصناعة، لكنهم غالبًا ما يواجهون عوائق حقيقية أمام التبني. لذلك دعونا نلقي نظرة على رحلة شركة ناشئة لتخزين الطاقة باستخدام الملح شديد السخونة.

لماذا نحتاج الى بطاريات جديدة

يبني العالم المزيد من القدرات لمصادر الطاقة المتجددة، وخاصة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح التي تأتي وتختفي مع الطقس. ولذا – باختصار القصة الطويلة – نحتاج إلى أن نكون قادرين على تخزين الطاقة.

وقد شكلت الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها أكثر من 90٪ من تخزين الطاقة في جميع أنحاء العالم كما في عام 2020. وفي حين أن الطاقة المائية هي وسيلة رخيصة وفعالة لتخزين الطاقة، إلا أنها تأتي مع مخاوف بيئية وقيود كبيرة على مكان تركيبها، لأنها تتطلب مسطحات مائية كبيرة.

وتشكل البطاريات معظم سعة تخزين الطاقة المتبقية اليوم، ومن المرجح أن تمثل الجزء الأكبر من نمو سوق تخزين الطاقة أيضًا في العقود القادمة. وتعد بطاريات الليثيوم أيون أكثر شيوعًا اليوم، مثل تلك الموجودة في هاتفك أو سيارتك الكهربائية.

وعلى مدى عقود من التطوير والتوسع، أصبحت بطاريات الليثيوم أيون أرخص، وانفجرت الطاقة الإنتاجية، مع ظهور المصانع الضخمة الجديدة للبطاريات – على ما يبدو كل أسبوعين – في جميع أنحاء العالم.

ولكن هناك بعض حالات عدم التطابق بين نقاط قوة أيونات الليثيوم وما هو مطلوب في البطاريات المستخدمة لتخزين الطاقة الثابتة:

• السعر: يجب أن يكون التخزين على نطاق الشبكة رخيصًا جدًا للمساعدة في توفير مصادر الطاقة المتجددة بأسعار معقولة. وفي العام الماضي، حددت وزارة الطاقة الأمريكية هدفًا يتمثل في خفض التكاليف بنسبة 90٪ بحلول عام 2030. وأصبحت بطاريات الليثيوم أيون أرخص على مر السنين، ولكن المكاسب قد تكون في حالة استقرار، خاصة مع احتمال حدوث نقص في المواد.
• الحجم: تحتوي بطاريات الليثيوم أيون على قدر كبير من الطاقة في مساحة صغيرة. ولكن في حين أن حجم البطارية مهم لأشياء مثل الهواتف والسيارات، إلا أنه ليس بالغ الأهمية لتخزين الطاقة على نطاق الشبكة. وقد يؤدي التنازل عن كثافة الطاقة للتطبيقات الثابتة إلى انخفاض التكلفة.
• العمر: غالبًا ما تضع المنشآت الصناعية معدات تدوم لعقود عند صيانتها. وتحتاج بطاريات الليثيوم أيون عادةً إلى الاستبدال كل 5-10 سنوات، وقد يكون ذلك مكلفًا.

كيف يستطيع الملح الحار أن يساعد

مع عدم التوافق بين بطاريات الليثيوم أيون واحتياجات تخزين الطاقة المستقبلية، يبدو أن الجميع يعمل على طريقة بديلة لتخزين الطاقة. وقد قمت في العام الماضي فقط بتغطية بطاريات تدفق الهواء والحديد، والبطاريات البلاستيكية، وحتى شركة ناشئة واحدة تستخدم ثاني أكسيد الكربون المضغوط لتخزين الطاقة. والآن، هناك تقنية أخرى تقوم بالقفز من المختبر إلى عالم التجارة: وهي الملح المصهور.

أمبري هي شركة ناشئة في منطقة بوسطن تقوم ببناء بطاريات الملح المصهور من الكالسيوم والأنتيمون. وقد أعلنت الشركة مؤخرًا عن مشروع توضيحي لنشر تخزين الطاقة لمراكز بيانات ميكروسوفت، وفي العام الماضي جمعت أكثر من 140 مليون دولار لبناء قدرتها التصنيعية.

وتقول الشركة إن تقنيتها يمكن أن تكون أرخص بنسبة 30-50٪ على مدار عمرها مقارنة بنظام الليثيوم أيون المكافئ. ويمكن أيضًا أن تتجاوز كفاءة بطاريات الملح المصهور 80٪، ما يعني فقدان كمية منخفضة نسبيًا من الطاقة المستخدمة لشحن البطارية بسبب الحرارة.

وقد تأسست أمبري في عام 2010 بناءً على بحث من مختبر البروفيسور “دونالد سادواي” في معهد ماساتشوستس للتقنية. وكان الهدف هو تطوير منتج منخفض التكلفة لسوق التخزين الثابت، كما يقول ديفيد برادويل، مؤسس الشركة ورئيس قسم التقنية.

وقد جاء الإلهام من مكان غير متوقع: إنتاج الألمنيوم. فباستخدام تفاعلات كيميائية مماثلة لما يتم استخدامه في صهر الألومنيوم، بنى الفريق نظامًا لتخزين الطاقة منخفض التكاليف بحجم مخبري. ولكن تحويل هذا المفهوم إلى منتج حقيقي لم يكن بهذه السهولة.

وأثبتت الكيمياء القائمة على المغنيسيوم والأنتيمون التي بدأت بها الشركة صعوبة تصنيعها. وفي عام 2015، بعد استمرار المشاكل مع أختام البطاريات، سرحت أمبري ربع موظفيها وعادت إلى لوحة الرسم.

وفي عام 2017، اتجهت الشركة إلى نهج جديد لبطارياتها، باستخدام الكالسيوم والأنتيمون. ويقول برادويل إن الكيمياء الجديدة تعتمد على مواد أرخص، وينبغي أن تكون أسهل في التصنيع. ومنذ هذا المحور، قامت الشركة بإصلاح مواطن الخلل الفنية وأحرزت تقدمًا في التسويق التجاري، وخضعت لاختبارات أمان من طرف ثالث ووقعت أولى صفقاتها التجارية، بما في ذلك صفقة ميكروسوفت.

ولا تزال هناك تحديات كبيرة أمام بدء التشغيل. وتعمل البطاريات في درجات حرارة عالية تزيد عن 500 درجة مئوية (حوالي 900 درجة فهرنهايت)، مما يحد من المواد التي يمكن استخدامها في صنعها. ويمكن أن يمثل الانتقال من خلايا البطارية المفردة، والتي تكون بحجم صندوق الغداء، إلى أنظمة ضخمة بحجم الحاوية، تحديات في ضوابط النظام واللوجستيات.

ناهيك عن أن نشر منتج في العالم الحقيقي يعني “التعامل مع الأشياء التي تحدث في العالم الحقيقي”، على حد تعبير برادويل. فكل شيء من الصواعق إلى القوارض يمكن أن يلقي مفتاح ربط في نظام بطارية جديد.

وعلى الرغم من ذلك، فقد تغير شيء واحد على الأقل خلال العقد الماضي: السوق. ويقول برادويل إن المستثمرين وحتى المراقبين العاديين اعتادوا التراجع عما إذا كان أي شخص يريد تخزين الطاقة. والآن، يبدو أن السؤال الوحيد هو مدى السرعة التي يمكن أن تنمو بها الصناعة.

وسيستغرق الأمر بعض الوقت بالنسبة لأمبري وأطقم البطاريات الجديدة الأخرى لتوسيع نطاق التصنيع وإثبات أنها ستكون بديلاً قابلاً للتطبيق وبأسعار معقولة للبطاريات الحالية. وكما يقول برادويل: “تستمر الرحلة”.

*تمت الترجمة بتصرف

المصدر:

Super-hot salt could be coming to a battery near you | MIT Technology Review

الهوامش:

1. الأنتيمون هو عنصر كيميائي برمز Sb (من اللاتينية: ستيبيوم stibium) ذو رقم ذري هو 51. وهو معدن رمادي لامع، يوجد في الطبيعة بشكل رئيسي على شكل الستيبنيت المعدني الكبريتيد (Sb₂S₃). وقد عُرفت مركبات الأنتيمون منذ العصور القديمة وكانت تُطحن لاستخدامها كدواء ومستحضرات تجميل، وغالبًا ما تُعرف بالاسم العربي الكحل. ويكيبيديا