هل يمكن أن تكون بطاريات الجاذبية هي الحل لإزالة الكربون؟

مع استمرار عمليات الطاقة المتجددة في التوسع في جميع أنحاء العالم ، تتسابق الحكومات وشركات الطاقة لتطوير سعة تخزين البطاريات لضمان حصول الناس على الطاقة النظيفة على مدار الساعة وفي الليل. أدى عدم الاتساق في العديد من مصادر الطاقة المتجددة إلى زيادة الحاجة إلى تخزين البطاريات أكثر من أي وقت مضى ، مما حفز قدرًا هائلاً من الاستثمار في تقنيات البطاريات الجديدة حول العالم. يمكن لبطاريات الجاذبية الآن مساعدتنا في تسخير الطاقة من مزارع الرياح والطاقة الشمسية حتى عندما لا تهب الرياح والشمس لا تشرق.

تعمل البطاريات التي تعمل بالجاذبية باستخدام الطاقة من مشاريع الطاقة المتجددة لرفع وزن ثقيل في الهواء أو إلى قمة بئر عميق. عندما تكون الطاقة مطلوبة ، تستخدم الرافعات لخفض الوزن ، وتنتج الكهرباء من حركة الكابلات . وهذا يعني أنه يمكن تخزين الطاقة من المشاريع المتجددة ، والتي لا يمكنها إنتاج طاقة ثابتة ، مثل مزارع الرياح والطاقة الشمسية ، كبديل للبطاريات التقليدية لاستخدامها أثناء ذروة الطلب.
تعتمد هذه البطاريات الميكانيكية على مفهوم تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ ، والذي يستخدم السدود لضخ المياه لأعلى ولأسفل التل لإنتاج الكهرباء حسب الحاجة. العديد من هذه المشاريع قيد التنفيذ بالفعل ، حيث ترى المملكة المتحدة إمكانات 700 موقع لتوليد الطاقة الكهرومائية ، والتي يمكن أن توفر ما يصل إلى 7 جيجاواط من تخزين الطاقة. لذلك ليس من المستغرب أن المهندسين استلهموا فكرة تكييف هذه الفكرة مع تخزين البطارية.

لكن هل البطاريات التي تعمل بالجاذبية مختلفة أم أفضل من بطاريات الليثيوم أيون؟ تتكون بطاريات الليثيوم أيون ، الرائدة حاليًا في السوق ، من أنود ، وكاثود ، وفاصل ، وإلكتروليت ، واثنين من مجمعات التيار (الموجبة والسالبة). الأنود والكاثود مخزن الليثيوم. يحمل المنحل بالكهرباء أيونات الليثيوم موجبة الشحنة من القطب الموجب إلى الكاثود والعودة عبر الفاصل. تخلق حركة أيونات الليثيوم إلكترونات حرة في الأنود والتي تخلق شحنة على مجمع التيار الموجب. يتدفق التيار الكهربائي بعد ذلك من المجمع الحالي عبر جهاز يعمل بالطاقة ، مثل كمبيوتر محمول ، إلى مجمع التيار السالب. يمنع الفاصل تدفق الإلكترونات داخل البطارية. أثناء تفريغ البطارية وتوصيلها للتيار الكهربائي ، يطلق الأنود أيونات الليثيوم إلى الكاثود ، مما يتسبب في تدفق الإلكترونات من طرف إلى آخر. عند توصيل الجهاز ، يحدث العكس: يتم تحرير أيونات الليثيوم من الكاثود واستلامها من الأنود.

لمواصلة إنتاج ما يكفي من بطاريات الليثيوم أيون لتشغيل أجهزتنا الكهربائية وتغذية التحول الأخضر ، سيحتاج العالم إلى توسيع عمليات تعدين الليثيوم بشكل كبير لتوفير ما يكفي من المعدن لإنتاج هذه البطاريات. من ناحية أخرى ، تعد بطاريات الجاذبية أدوات ميكانيكية يمكن استخدامها بشكل متكرر مع إصلاحات بسيطة ، مع عمر افتراضي يصل إلى حوالي 50 عامًا. توضح أسماء برادة ، أخصائية تخزين الطاقة في الجامعة الدولية بالرباط في المغرب: "تتحلل خلايا أيونات الليثيوم ، مما يعني أن قدرتها التخزينية تتناقص بشكل يتعذر إصلاحه بمرور الوقت".

بالإضافة إلى العمر الأطول ، تشير أبحاث برادة إلى أن تكلفة عمر بطاريات الليثيوم يمكن أن تكون ضعف تكلفة البدائل الميكانيكية. يمكن للبطاريات التي تعمل بالجاذبية أيضًا أن تقلل من اعتمادنا على المعادن والمعادن اللازمة لإنتاج كيميائية للبطاريات ، مما يخفف العبء على البيئة.

بعض المشاريع جارية بالفعل لتجربة البطاريات التي تعمل بالجاذبية. في المملكة المتحدة ، اختبرت Gravitricity نموذجًا أوليًا لبطارية الجاذبية في ميناء ليث ، إدنبرة. استخدمت الشركة برجًا فولاذيًا بارتفاع 15 مترًا لرفع وزنين 25 طنًا على الكابلات الفولاذية ، باستخدام الطاقة الشمسية. عندما تكون هناك حاجة للطاقة ، يتم تخفيض الأوزان ، مما يسمح باستخدام المحركات كمولدات لإنتاج الكهرباء. قالت جيل ماكفيرسون ، كبيرة مهندسي الاختبارات والمحاكاة ، إن الاختبار كان ناجحًا: "كان لدى المتظاهر طاقة إنتاجية تبلغ 250 كيلوواط ، وهو ما يكفي لدعم حوالي 750 منزلًا ، وإن كان ذلك لفترة قصيرة جدًا. لكنه أكد أنه يمكننا توفير الطاقة الكاملة في أقل من ثانية ، وهو أمر لا يقدر بثمن للمشغلين الذين يحتاجون إلى موازنة الشبكة على أساس كل ثانية. ويمكنه أيضًا صرف كميات كبيرة بشكل أبطأ ، لذا فهو مرن للغاية ".
ومع ذلك ، على الرغم من التطورات الأخيرة في الصناعة ، تواجه الشركات عددًا لا يحصى من التحديات في توسيع هذه التكنولوجيا على نطاق واسع. قدمت العديد من الشركات ادعاءات جريئة حول إمكانات بطارياتها التي تعمل بالجاذبية: قالت Gravtricity إنها تستطيع تشغيل حوالي 63000 منزل في الساعة من مصنعها الذي تبلغ طاقته 20 ميجاوات ، بينما تعتقد GravitySoilBattery أنه يمكن أن توفر ما يصل إلى 30 ألف كيلو وات في الساعة من التخزين بكفاءة نظام تبلغ 85٪. ومع ذلك ، فإن هذه التطورات لم تظهر بعد وقد تكون مجرد حلم بعيد المنال.

المقال هل يمكن أن تكون بطاريات الجاذبية هي الحل لإزالة الكربون؟ يأتي من السيناريوهات الاقتصادية .