بطاريات التدفق: مستقبل الطاقة المتجددة المخزنة المائي

• ميزام مالكي، باحث في جامعة كونكورديا، يتصور أن البطاريات القابلة للتدفق العضوي المائي ستكون محورًا رئيسيًا في الطاقة المستدامة.
• تستخدم هذه البطاريات محاليل مائية في خزانات خارجية لتخزين الطاقة وإطلاقها، وتتميز بعمر افتراضي يتجاوز عقدين.
• تتقدم الصين ببطارية التدفق الأكبر، القادرة على تزويد عشرات الآلاف من المنازل بالطاقة.
• تواجه كندا تحديات تتعلق بالاعتماد على الطاقة المائية الناتجة عن تغير المناخ، مما يدفع نحو ابتكارات مثل نظام التخزين المائي بالضخ (PSH).
• تقدم بطاريات التدفق بديلاً آمنًا ووحدويًا للبطاريات التقليدية من نوع الليثيوم أيون، مع خصائص غير قابلة للاحتراق.
• توفر مضخات الحرارة ترقية فورية من حيث الكفاءة في استخدام الطاقة، مما يوفر تقليل التلوث وتوفير محتمل مع وجود اعتمادات ضريبية متاحة.
• تستهدف كندا انخفاض انبعاثات الكربون إلى الصفر بحلول عام 2050، مستفيدة من التقدم في تكنولوجيا الطاقة للتخفيف من آثار تغير المناخ.

ميزام مالكي، باحث شغوف في هندسة الكيمياء من جامعة كونكورديا، لديه رؤية. إنها رؤية حيث يتحول الماء، السائل الشفاف والمحيي للحياة، من مجرد موفر للحياة إلى قوة دافعة في ثورة الطاقة المتجددة. يغوص مالكي عميقًا – حرفيًا و مجازيًا – في إمكانات بطاريات التدفق العضوي المائي، مقترحًا إياها كعامل تغيير في السعي نحو الطاقة المستدامة.

تستخدم هذه البطاريات المبتكرة، كما يوضح مالكي، قوة الماء من خلال استخدام محاليل مائية مخزنة في خزانات خارجية. تضخ المضخات هذه المحاليل عبر خلية كهربائية، حيث تنفك مجموعة من التفاعلات لإطلاق وتخزين الطاقة. على عكس نظيراتها الأكثر تقلبًا، تعد هذه البطاريات المائية بعمر افتراضي يمتد لأكثر من عقدين، مما يجذب الباحثين من الصين إلى إنجلترا لدفع حدودهم أبعد.

مؤخراً، تم تفعيل مثل هذه البطارية الضخمة في الصين، التي تعتبر الأكبر من نوعها. قدراتها؟ لا تقل عن كونها مدهشة، حيث تقدم القدرة على إضاءة عشرات الآلاف من المنازل لفترات طويلة.

تواجه كندا، التي تعتبر غارقة بالفعل في استخدام الطاقة المائية، تحديات جديدة. في حين أن الطاقة المائية توفر أكثر من 60% من كهرباء البلاد، فإن التغيرات المناخية تختبر مرونتها. كما أن انخفاض معدلات هطول الأمطار وارتفاع درجات الحرارة يضغط على النظام، مما يدفع البحث عن بدائل مبتكرة.

إليكم مفهوم نظام تخزين الطاقة المائية بالضخ (PSH)، وهو طريقة تلتقط أكثر من 90% من مرافق التخزين على مستوى الشبكة حول العالم. من خلال رفع الماء إلى خزان أعلى ثم إطلاقه لاحقًا، تستفيد هذه الأنظمة من جاذبية الأرض المستمرة لتدوير التوربينات وتوليد الكهرباء. في حين أنها فعالة، إلا أنها تتطلب كميات ضخمة من الماء وظروف جغرافية معينة، ناهيك عن الحاجة لاستثمار مالي كبير.

تبدو بطاريات التدفق، بالمقابل، كمرشحين أنيقين. سحرها القابل للتوسيع يكمن في بساطتها – فقط زِد سعة خزانات التخزين. مع وعد بتزويد أي شيء من المنزل الفردي إلى المجتمعات النابضة بالحياة، تحمل هذه البطاريات جاذبية مغرية.

تظهر السلامة كمزية. حيث تواجه بطاريات الليثيوم أيون التقليدية مخاطر قابلة للاشتعال، فإن نظيراتها المائية تظل ثابتة وغير قابلة للاحتراق. يرى مالكي أنها تضيء الطريق نحو محطات شحن المستقبل للسيارات الكهربائية، على الرغم من أنه يعترف بالعقبات مثل تكاليف المواد. ومع ذلك، فإن الأبحاث المستمرة تشعل الأمل في تطوير مكونات أكثر توفرًا ومتانة.

بينما يكافح العالم مع تصاعد الطوارئ المناخية، تجد كندا في سعيها نحو انبعاثات صفرية بحلول عام 2050 حليفًا في هذه التقدمات. كل انبعاث محدد يساهم في تبريد حمى كوكبنا، مُخففًا المخاطر المرتبطة بالطقس القاسي والتي تم ربطها بناسا.

لمن يتطلعون للانضمام إلى قافلة الكفاءة في استخدام الطاقة الآن، تقدم مضخات الحرارة ترقية فورية. هذه الأنظمة لا تقلل فقط من التلوث مقارنة بنظيراتها القديمة، بل تعد أيضًا بتوفير مبالغ كبيرة سنويًا. تضيف الاعتمادات الضريبية المزيد من الجاذبية، مما يسهل الطريق نحو نمط حياة أنظف.

ابق على اطلاع على الابتكارات المتدفقة التي تعيد تشكيل عالمنا من خلال الاشتراك في نشرتنا الإخبارية. سويًا، يمكننا أن نركب الموجة نحو مستقبل مستدام، مدعومًا بالعُنصر متعدد الاستخدامات: الماء.

فتح المستقبل: هل يمكن أن تُحدث بطاريات التدفق المائية ثورة في الطاقة المتجددة؟

فهم بطاريات التدفق العضوي المائي

تعتبر الابتكارات في الطاقة المتجددة محورًا رئيسيًا في السعي نحو الاستدامة. تُعتبر بطاريات التدفق العضوي المائي (AORFBs) حلاً واعدًا. تستخدم هذه البطاريات محاليل مائية، مما يجعلها خيارًا أكثر أمانًا واستدامة مقارنةً ببطاريات الليثيوم أيون التقليدية. تتضمن هذه التقنية تخزين الطاقة في خزانات خارجية واستخدام المضخات لتحريك المحلول عبر خلية كهربائية، مما يسمح بإطلاق و تخزين الطاقة بكفاءة.

مزايا بطاريات التدفق

تجلب بطاريات التدفق، وبخاصة النوع المائي، العديد من المزايا:

– طول العمر: تمتلك هذه البطاريات عمرًا افتراضيًا يتجاوز 20 عامًا، ويتفوق على العديد من التقنيات الحالية.
– السلامة: كونها غير قابلة للاحتراق، فإنها تقلل بشكل كبير من المخاطر المرتبطة بالاشتعال، مما يجعلها مثالية لمجموعة متنوعة من التطبيقات.
– تصميم وحدوي: توسيع سعتها سيكون بسيطًا مثل زيادة حجم خزانات التخزين، مما يوفر إمكانية توسيع كبيرة.
– الأثر البيئي: تقدم بديلاً أكثر خضرة من خلال تقليل الانبعاثات الضارة واستخدام موارد وفيرة مثل الماء.

التطبيقات الواقعية

مؤخراً، قامت الصين بتفعيل أكبر بطارية لتدفق الأكسيد في العالم، القادرة على تزويد عشرات الآلاف من المنازل بالطاقة لفترات طويلة. هذا يُظهر ليس فقط القابلية للتوسع ولكن أيضًا التطبيق العملي للتقنية على نطاق واسع. بينما تستكشف كندا حلولًا للتحديات الناجمة عن المناخ التي تؤثر على أنظمة الطاقة المائية، تمثل هذه البطاريات بديلاً حيويًا. يوفر الاتجاه نحو انبعاثات صفرية بحلول عام 2050 خلفية مثالية لاعتماد تقنيات البطاريات المبتكرة.

التحديات والاعتبارات

رغم إمكانياتها، تواجه بطاريات التدفق العضوي المائي عدة تحديات:

– تكاليف المواد: يمكن أن تكون المواد الحالية مكلفة، على الرغم من أن الأبحاث الجارية تهدف إلى تطوير خيارات أكثر فعالية من حيث التكلفة.
– القيود الجغرافية: على الرغم من أنها ليست مقيدة مثل الطاقة المائية بالتخزين عن طريق الضخ (PSH)، إلا أن بطاريات التدفق لا تزال تحتاج لمساحة كبيرة لخزاناتها.

نظرة عامة على الإيجابيات والسلبيات

الإيجابيات:
– عمر افتراضي طويل وملف أمان عالي.
– صديقة للبيئة مع انبعاثات قليلة.
– قابلية للتوسع وتصميم وحدوي.

السلبيات:
– تكلفة أولية أعلى بسبب تكاليف المواد.
– متطلبات مساحة أكبر للتثبيتات الكبيرة.

توقعات السوق والاتجاهات

سوق الطاقة المتجددة يتطور بسرعة، حيث من المتوقع أن تلعب بطاريات التدفق دورًا كبيرًا. حيث تدفع الحكومات والمنظمات نحو حلول الطاقة المستدامة، من المتوقع أن يرتفع الطلب على تقنيات تخزين آمنة وطويلة الأجل وقابلة للتوسع.

توصيات قابلة للتنفيذ

– للمنازل: التفكير في الاستثمار في مضخات حرارة ذات كفاءة في استخدام الطاقة لتقليل بصمتك الكربونية والاستفادة من الاعتمادات الضريبية المحتملة.
– للشركات: استكشاف إمكانية دمج بطاريات التدفق في أنظمة الطاقة الخاصة بك لزيادة الاستدامة.
– لصانعي السياسات: دعم الأبحاث والتطوير في تكنولوجيا بطارية التدفق لخفض التكاليف وزيادة الاعتماد.

البقاء على إطلاع

ابق مطلعًا على أحدث الابتكارات في الطاقة المتجددة من خلال الاشتراك في النشرات الإخبارية الصناعية. تتطلب الرحلة نحو مستقبل مستدام جهدًا جماعيًا وقرارات مستنيرة. يُبرز إمكانات بطاريات التدفق المائية مرونة الماء كعنصر رئيسي في دفع هذه التحولات.

للحصول على المزيد من الرؤى والتحديثات حول تقنيات الطاقة المتجددة، تفضل بزيارة جامعة كونكورديا لاستكشاف الأبحاث والابتكارات الجارية.