الابتكارات في مجال الطاقة التي يمكن أن تغير المستقبل

بالعربي/ بالنسبة لمعظم الناس ، تعتبر المزرعة الشمسية أو محطة الطاقة الحرارية الأرضية مصدرًا مهمًا للطاقة النظيفة. يرى العلماء والمهندسون ذلك بالإضافة إلى المزيد من الإمكانات.

إنهم يتصورون توربينات الرياح البحرية التي تلتقط وتخزن الكربون تحت سطح البحر ، ومحطات الطاقة الحرارية الأرضية التي تنتج المعادن الأساسية لتشغيل المركبات الكهربائية. يمكن أيضًا تحويل بطاريات السيارات الكهربائية إلى منازل تعمل بالطاقة ، مما يوفر المال لأصحابها ويقلل أيضًا من انبعاثات النقل.

مع إطلاق العلماء في جميع أنحاء العالم ناقوس الخطر بشأن المخاطر والتكاليف المتزايدة لتغير المناخ ، دعنا نستكشف بعض الأفكار المتطورة التي يمكن أن تغير الطريقة التي تقلل بها التقنيات الحالية من آثار الاحتباس الحراري ، من خمسة مقالات حديثة في المحادثة.

1. القنوات الشمسية: الطاقة + حماية المياه

ماذا لو قامت الألواح الشمسية بواجب مزدوج ، حيث تحمي إمدادات المياه مع إنتاج المزيد من الطاقة؟

تعمل كاليفورنيا على تطوير أولى القنوات الشمسية في الولايات المتحدة ، باستخدام الألواح الشمسية المبنية فوق بعض قنوات توزيع المياه بالولاية. تمتد هذه القنوات على بعد آلاف الكيلومترات عبر البيئات القاحلة ، حيث يزيد الهواء الجاف من التبخر في حالة تتأثر كثيرًا بندرة المياه.

في دراسة أجريت عام 2021 ، أظهرنا أن تغطية 4000 ميل من قنوات كاليفورنيا بألواح شمسية سيوفر أكثر من 65 مليار جالون من المياه سنويًا عن طريق تقليل التبخر.

هذا يكفي لري 50000 فدان من الأراضي الزراعية أو تلبية احتياجات المياه السكنية لأكثر من مليوني شخص ، “كتب أستاذ الهندسة روجر باليس من جامعة كاليفورنيا ، ميرسيد. سيقومون أيضًا بتوسيع الطاقة المتجددة دون احتلال الأراضي الزراعية.

تظهر الأبحاث   أن الأنشطة البشرية ، ولا سيما استخدام الوقود الأحفوري للطاقة والنقل ، تؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة الكوكب بشكل لا لبس فيه وتزيد من ظواهر الطقس المتطرفة. قد يؤدي ظهور الطاقة المتجددة ، التي تشكل حاليًا حوالي 20٪ من توليد الكهرباء على نطاق واسع في الولايات المتحدة ، إلى تقليل الطلب على الوقود الأحفوري.

يمكن أيضًا أن يؤدي وضع الألواح الشمسية على المياه المظللة إلى تحسين إنتاجها من الطاقة. يكتب باليس أن الماء البارد يخفض درجة حرارة الألواح بنحو 10 درجات فهرنهايت (5.5 درجة مئوية) ، مما يزيد من كفاءتها.

2. يمكن أن تزيد الطاقة الحرارية الأرضية من إمدادات البطاريات

لكي تقلل الطاقة المتجددة بشكل كبير من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية ، يجب أن تكون المباني والمركبات قادرة على استخدامها. البطاريات ضرورية ، لكن الصناعة لديها مشكلة في سلسلة التوريد.

معظم البطاريات المستخدمة في السيارات الكهربائية وتخزين الطاقة على نطاق واسع هي بطاريات ليثيوم أيون ، ويأتي معظم الليثيوم المستخدم في الولايات المتحدة من الأرجنتين وتشيلي والصين وروسيا. الصين هي الرائدة في معالجة الليثيوم.

يعمل الجيولوجيون والمهندسون على طريقة مبتكرة يمكن أن تعزز إمدادات الليثيوم في الولايات المتحدة في البلاد عن طريق استخراج الليثيوم من المحاليل الملحية الحرارية الأرضية في منطقة سالتون سي بكاليفورنيا.

المحاليل الملحية هي البقايا السائلة في محطة الطاقة الحرارية الأرضية بعد استخدام الحرارة والبخار لإنتاج الطاقة. يحتوي هذا السائل على الليثيوم ومعادن أخرى مثل المنجنيز والزنك والبورون. عادة ما يتم ضخه تحت الأرض ، ولكن يمكن أيضًا تصفية المعادن.

“إذا أظهرت المشاريع الاختبارية الجارية الآن أنه يمكن استخراج الليثيوم المستخدم في البطاريات بشكل مربح من هذه المحاليل الملحية ، فإن 11 محطة طاقة حرارية جوفية موجودة على طول بحر سالتون يمكنها إنتاج ما يكفي من معدن الليثيوم لتلبية ما يقرب من 10 أضعاف الطلب الحالي في الولايات المتحدة.” يكتب الجيولوجي مايكل ماكيبين من جامعة كاليفورنيا ، ريفرسايد ، وباحث سياسة الطاقة براينت جونز من جامعة ولاية بويز.

استند الرئيس جو بايدن إلى قانون الإنتاج الدفاعي في 31 مارس 2022 لتقديم حوافز للشركات الأمريكية لتعدين ومعالجة المعادن الأكثر أهمية للبطاريات.

3. الهيدروجين الأخضر والأفكار التخزينية الأخرى

يعمل العلماء أيضًا على طرق أخرى لتعزيز سلسلة التوريد المعدنية للبطاريات ، بما في ذلك إعادة تدوير الليثيوم والكوبالت من البطاريات القديمة. وأوضح كيري ريبي ، الباحث في المختبر الوطني للطاقة المتجددة ، أنهم يطورون أيضًا تصميمات بمواد أخرى.

الطاقة الشمسية المركزة ، على سبيل المثال ، تخزن الطاقة من الشمس عن طريق تسخين الملح المصهور واستخدامه لإنتاج البخار لتشغيل المولدات الكهربائية ، على غرار الطريقة التي تولد بها محطة الطاقة التي تعمل بالفحم الكهرباء. ومع ذلك ، فهي باهظة الثمن والأملاح المستخدمة حاليًا ليست مستقرة في درجات حرارة أعلى ، كما يكتب ريبي. تمول وزارة الطاقة مشروعًا مشابهًا يختبر الرمال الساخنة.

يوفر الوقود المتجدد ، مثل الهيدروجين الأخضر والأمونيا ، نوعًا مختلفًا من التخزين. نظرًا لأنها تخزن الطاقة في شكل سائل ، فيمكن نقلها واستخدامها في الشحن أو وقود الصواريخ.

يحظى الهيدروجين باهتمام كبير ، ولكن ليس كل الهيدروجين أخضر. يتم إنتاج معظم الهيدروجين المستخدم اليوم من الغاز الطبيعي ، وهو وقود أحفوري. على النقيض من ذلك ، يمكن إنتاج الهيدروجين الأخضر باستخدام الطاقة المتجددة لتشغيل التحليل الكهربائي ، والذي يقسم جزيئات الماء إلى هيدروجين وأكسجين ، ولكنه مكلف مرة أخرى.

كتب ريبي: “يتمثل التحدي الرئيسي في تحسين العملية بحيث تكون فعالة واقتصادية”. “المردود المحتمل ضخم: طاقة متجددة لا تنضب بالكامل.”

4. استخدام EV لتشغيل منزلك

يمكن للبطاريات أيضًا أن تحول سيارتك الكهربائية قريبًا إلى بطارية متنقلة عملاقة قادرة على تزويد منزلك بالطاقة.

حاليًا ، تم تصميم عدد قليل فقط من المركبات للشحن من سيارة إلى منزل ، أو V2H ، لكن هذا يتغير ، كما كتب خبير اقتصاديات الطاقة سيث بلومساك من جامعة ولاية بنسلفانيا. فورد ، على سبيل المثال ، تقول إن شاحنة البيك أب الجديدة F-150 Lightning ستكون قادرة على تشغيل منزل متوسط ​​لمدة ثلاثة أيام بشحنة واحدة.

يستكشف Blumsack التحديات التقنية مع نمو V2H وإمكانية تغيير الطريقة التي يدير بها الأشخاص استخدام الطاقة وكيفية تخزين المرافق للطاقة.

على سبيل المثال ، كتب ، “قد يتوقع بعض المالكين استخدام سيارتهم لما يسميه مخططو المرافق” ذروة الحلاقة “: الحصول على الطاقة المنزلية من EV خلال النهار بدلاً من الاعتماد على الشبكة ، وبالتالي تقليل مشترياتهم من المرافق.” الكهرباء أثناء ساعات الذروة

5. التقاط الكربون من الهواء وحبسه

التكنولوجيا الناشئة الأخرى أكثر إثارة للجدل.

لقد وضع البشر الكثير من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي على مدار القرنين الماضيين لدرجة أن إيقاف استخدام الوقود الأحفوري لن يكون كافيًا لتحقيق الاستقرار بسرعة في المناخ. تُظهر معظم السيناريوهات ، بما في ذلك التقارير الأخيرة الصادرة عن الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ ، أنه سيتعين على العالم أيضًا إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.

توجد تقنية لالتقاط ثاني أكسيد الكربون من الهواء ، تسمى التقاط الهواء المباشر ، لكنها باهظة الثمن.

يستكشف المهندسون والجيوفيزيائيون مثل David Goldberg من جامعة كولومبيا طرقًا لتقليل تلك التكاليف من خلال الجمع بين تقنية التقاط الهواء المباشر وإنتاج الطاقة المتجددة وتخزين الكربون ، مثل توربينات الرياح البحرية المبنية على التكوينات الصخرية تحت الماء حيث يمكن احتجاز الكربون.

تستخدم أكبر محطة لالتقاط الهواء المباشر في العالم ، والتي تم إطلاقها في عام 2021 في أيسلندا ، الطاقة الحرارية الأرضية لتشغيل معداتها. يتم خلط ثاني أكسيد الكربون الملتقط مع الماء وضخه في تشكيلات البازلت البركاني تحت الأرض. التفاعلات الكيميائية مع البازلت تحوله إلى كربونات صلبة.

غولدبيرغ ، الذي ساعد في تطوير عملية التمعدن المستخدمة في أيسلندا ، يرى إمكانات مماثلة لمزارع الرياح البحرية الأمريكية في المستقبل ، فغالبًا ما تنتج توربينات الرياح طاقة أكثر مما يحتاجه عملاؤها في أي وقت ، مما يجعل الطاقة الزائدة متاحة.

كتب جولدبيرج: “يمكن لهذه التقنيات ، التي تُجمع معًا ، أن تقلل من تكاليف الطاقة الخاصة باحتجاز الكربون وتقليل الحاجة إلى خطوط الأنابيب على الأرض ، مما يقلل من التأثيرات على البيئة”.

المصدر/ ecoportal.netالمترجم/barabic.com