الاستدامة
من النفايات إلى الطاقة – كيف يمكن للكتلة الحيوية من الصنوبر أن تحول تخزين الطاقة
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
بطارية شجرة الصنوبر
As renewables are becoming a larger part of the power grid, as well as many systems becoming electrified, like heating and transportation, more batteries are needed to balance out the intermittent power generation of solar and wind.
مع تزايد حصة الطاقة المتجددة في شبكة الكهرباء، ومع تحول العديد من الأنظمة إلى الكهرباء مثل التدفئة والنقل، هناك حاجة إلى المزيد من البطاريات لموازنة توليد الطاقة المتقطعة من الشمس والرياح.
هذا يثير تساؤلاً حول استدامة شبكة طاقة خضراء بالكامل، حيث إن البطاريات تستهلك الكثير من الموارد الطبيعية.
لذلك، من المهم تطوير تصاميم بطاريات أكثر صداقة للبيئة، مع الاستفادة المثالية من الموارد الوفيرة أو غير المستخدمة. سيساعد استخدام موارد أقل ندرة أيضاً في خفض التكاليف.
يمكن أن يشمل ذلك، على سبيل المثال، استبدال الليثيوم بالصوديوم الأكثر وفرة، إما في بطاريات أيون الصوديوم أو بطاريات الصوديوم الصلبة.
Another option is now being developed: recycling waste from the wood industry. Researchers at the Universidad Del País Vasco in Spain are using pine biomass to create a new type of battery. They published their result in the Journal Of Power Source1, under the title “مكثف أيون الليثيوم المستمد من نفايات الغابات: تخزين طاقة عالي القدرة ومستدام”.
المكثف مقابل البطاريات
When it comes to storing electrical power, there are two main technologies: supercapacitors and batteries.
عند الحديث عن تخزين الطاقة الكهربائية، هناك تقنيتان رئيسيتان: المكثفات الفائقة والبطاريات.
تُعرف البطاريات على نطاق أوسع وتخزن الطاقة على شكل شحنة كيميائية كهربائية في الأيونات، عادةً ما تكون معادن.
تعمل المكثفات الفائقة بطريقة مختلفة، حيث تخزن الإلكترونات على سطح مادة المكثف. يتيح ذلك لها تحريك الشحنة الكهربائية بسرعة كبيرة، مما يجعلها قادرة على تقديم كميات كبيرة من الطاقة تقريبًا في لحظة.
المصدر: Quarktwin
نظرًا لعدم وجود تفاعل كيميائي وحركة أيونات، تميل المكثفات الفائقة إلى أن تكون أكثر متانة من البطاريات.
ومع ذلك، عادةً ما تكون سعة الشحنة الكلية للمكثفات الفائقة أقل من البطاريات، مما يحد من تطبيقها لتخزين الطاقة. كما أنها تواجه مشكلة التفريغ الذاتي بسرعة نسبية عندما لا تُستخدم، وهو أمر يمثل تحديًا لأي تطبيق تخزين مثل السيارات الكهربائية وتخزين طاقة الشبكة.
“المكثفات الفائقة غير مناسبة لتزويد النظام بالطاقة على مدى فترة طويلة؛ على عكس البطاريات، تُستخدم إذا أردنا كمية كبيرة من الطاقة خلال فترة قصيرة.”
Eider Goikolea – أستاذ في Universidad Del País Vasco
البطاريات-المكثفات الهجينة
The researchers developed a hybrid system integrating both parts of capacitors and parts of lithium-ion batteries, known as a Li-ion capacitor (LIC).
طور الباحثون نظامًا هجينًا يدمج أجزاءً من المكثفات وأجزاءً من بطاريات أيون الليثيوم، يُعرف بمكثف أيون الليثيوم (LIC).
It contains the electrode from a capacitor, made of carbon, and the electrode from a lithium-ion battery, made of lithium.
المصدر: Battery Power Tips
This is an increasingly popular concept, and some LICs have already been commercialized and proven to be an affordable option for stationary applications like windmills and electromobility applications such as trams and electric buses.
“هذا يوفر مزايا كلا النظامين: يمكن تخزين طاقة عالية القدرة (كما في البطاريات)، ويمكنه العمل بمستويات طاقة عالية ويستطيع تحمل العديد من دورات الشحن والتفريغ (مثل المكثفات الفائقة).”
Eider Goikolea – أستاذ في Universidad Del País Vasco
Until now, the building of LICs has required “doping”: adding other atoms to the capacitor electrode part. This boosts performance but makes the option less attractive for industrial application, as it makes the manufacturing process more complex and expensive.
العثور على القطب الكربوني المناسب
One material that is often used in LICs is carbon in various forms.
أحد المواد التي تُستخدم غالبًا في الـ LIC هو الكربون بأشكال مختلفة.
Graphite, because it presents excellent electronegativity, is a popular option but suffers from poor availability.
High-tech alternatives can be graphene, graphdiyne, or carbon nanotube, with potentially even better electrical characteristics, but are even more challenging to produce.
المصدر: Semantic Scholar
More low-tech options are soft and hard carbon, typically derived from carbon-rich materials through thermal pyrolysis. Unfortunately, the highly irregular structure of both keeps their conductivity lower than graphite.
الخيارات الأقل تقنية هي الكربون الناعم والصلب، عادةً ما يُستخرج من مواد غنية بالكربون عبر التحليل الحراري. للأسف، البنية غير المنتظمة للغاية لكليهما تجعل توصيلهما أقل من الجرافيت.
This is where the researchers came up with an idea that both boosts the quality of the carbon used in their LIC and recycles waste streams from the wood industry.
هنا توصل الباحثون إلى فكرة تعزز جودة الكربون المستخدم في الـ LIC وتعيد تدوير نفايات صناعة الخشب.
What if they used a source of carbon that is already highly organized at the molecular level to produce their carbon-based electrode?
الكربون المنشط من خشب الصنوبر
The Basque region in Spain, where the researchers are located, is relatively rich in woodlands and has an active wood processing industry. This means that a lot of pine wood biomass is available in the form of sawdust in the surrounding sawmills.
منطقة الباسك في إسبانيا، حيث يتواجد الباحثون، غنية نسبيًا بالغابات وتتمتع بصناعة معالجة الخشب النشطة. وهذا يعني توفر كمية كبيرة من الكتلة الحيوية من خشب الصنوبر على شكل نشارة في المناشير المحيطة.
Until now, this sawdust has mostly been discarded as waste, having few applications due to the too-small size of the particles.
حتى الآن، كانت هذه النشارة تُهدر في الغالب كنفاية، مع قلة التطبيقات بسبب صغر حجم الجزيئات.
Activated carbon is produced from the chemical activation of a carbon-rich material at high temperatures, using activating agents like KOH, H3PO4, or H2O. When carbonized, the product tends to retain the morphology and microstructure of the source material.
يُنتج الكربون المنشط من خلال التفعيل الكيميائي لمادة غنية بالكربون عند درجات حرارة عالية، باستخدام عوامل تفعيل مثل KOH أو H3PO4 أو H2O. عند الكربنة، يميل المنتج إلى الاحتفاظ بالتركيب الشكلى والبنية الدقيقة للمادة الأصلية.
The researchers produced carbon-based electrode material from the sawdust, using a furnace and simple (and cheap) chemicals like potassium hydroxide and hydrogen chloride.
قام الباحثون بإنتاج مادة قطب قائمة على الكربون من النشارة، باستخدام فرن ومواد كيميائية بسيطة (ورخيصة) مثل هيدروكسيد البوتاسيوم وكلوريد الهيدروجين.
The researchers found that the process could create carbon material with better characteristics for battery material than classical hard carbon production.
اكتشف الباحثون أن العملية يمكن أن تخلق مادة كربونية بخصائص أفضل لتطبيقات البطاريات مقارنةً بإنتاج الكربون الصلب التقليدي.
المصدر: Journal Of Power Sources
“الكربون مصطلح عام جدًا، لكن هناك العديد من الأنواع المختلفة. ليس كل الكتلة الحيوية توفر الكربون المناسب لهذا التطبيق، لكننا أظهرنا أن نتائج مرضية للغاية يمكن الحصول عليها من كتلة صنوبر insignis.”
Ruiz de Larramendi
بناء بطاريات أفضل
With that carbon material, the researchers went on to build their LIC and test it.
باستخدام تلك المادة الكربونية، قام الباحثون ببناء الـ LIC الخاص بهم واختباره.
They found that the experimental system had an energy density of up to 105 Wh/kg, retaining 60 % capacity after 10,000 cycles.
وجدوا أن النظام التجريبي يمتلك كثافة طاقة تصل إلى 105 واط·ساعة/كغ، مع الحفاظ على 60٪ من السعة بعد 10,000 دورة.
This is an overall remarkable performance for a battery system, as, for example, a LIC system connected to the grid and performing 10,000 cycles, at one per day, would be still operating at 60% efficiency after 27 years.
هذا أداء ملحوظ بشكل عام لنظام بطارية، فمثلاً، نظام LIC متصل بالشبكة ويجري 10,000 دورة، دورة واحدة يوميًا، سيظل يعمل بكفاءة 60٪ بعد 27 سنة.
The process also radically improved upon previous carbon-based electrodes, as it did not require hard-to-produce material (graphene, nanotubes, etc.), nor expensive doping of the carbon.
كما أن العملية حسّنت بشكل جذري عن الأقطاب القائمة على الكربون السابقة، إذ لم تتطلب مادة صعبة الإنتاج (مثل الجرافين أو الأنابيب النانوية)، ولا تطعيمًا مكلفًا للكربون.
Overall, the whole manufacturing process was relatively low-tech and economical, making it promising for commercial applications.
بشكل عام، كانت عملية التصنيع بأكملها منخفضة التقنية نسبيًا واقتصادية، مما يجعلها واعدة للتطبيقات التجارية.
“كانت العملية لإنتاج الأقطاب كفءً في استهلاك الطاقة. لم تتجاوز درجات حرارة التوليف 700 درجة مئوية، واُستخدمت إضافات اقتصادية.”
Ruiz de Larramendi – Professor at Universidad Del País Vasco
التطبيقات المستقبلية
From a lab prototype to a commercial product, there are many steps that still need to be taken. First, optimizing the lithium-ion component of the LICs will likely allow for higher energy density and maybe even better durability.
من نموذج مختبري إلى منتج تجاري، هناك العديد من الخطوات التي لا تزال بحاجة إلى اتخاذها. أولاً، من المحتمل أن يؤدي تحسين مكون أيون الليثيوم في الـ LIC إلى كثافة طاقة أعلى وربما متانة أفضل.
For example, honeycomb battery structures have been demonstrated to radically improve the durability of lithium-ion batteries, and the same can likely be said for LICs.
على سبيل المثال، تم إثبات أن هياكل بطاريات الخلية السداسية تحسن بشكل جذري من متانة بطاريات أيون الليثيوم، ويمكن القول إن الأمر نفسه ينطبق على الـ LIC.
Further characterization of what woody material is suitable or not should also be done, to know if other tree species and other regions could provide it as well.
يجب أيضًا إجراء مزيد من التوصيف لتحديد أي المواد الخشبية مناسبة أو غير مناسبة، لمعرفة ما إذا كانت أنواع أشجار أخرى ومناطق أخرى يمكن أن توفرها كذلك.
“إنه يمثل بديلاً فعالًا من حيث التكلفة ومستدامًا لتحسين المكثفات التقليدية لأيون الليثيوم. المواد المستخرجة من الكتلة الحيوية توفر فرصًا عظيمة لتطوير أنظمة تخزين طاقة عالية القدرة صديقة للبيئة وفعّالة من حيث التكلفة. من المهم متابعة هذا الخط البحثي.”
Eider Goikolea – Professor at Universidad Del País Vasco
So most likely, it should take something like 5-9 years before the first commercial LIC using this discovery is available for sale. But it then could radically improve the sustainability of battery production from electronic devices and energy storage of renewable energy.
لذلك، من المرجح أن يستغرق الأمر ما بين 5 إلى 9 سنوات قبل أن يصبح أول LIC تجاري يستخدم هذا الاكتشاف متاحًا للبيع. لكنه قد يحسن بشكل جذري استدامة إنتاج البطاريات من الأجهزة الإلكترونية وتخزين الطاقة المتجددة.
However, for EVs, the slightly lower energy density than pure batteries is likely going to be a problem, so other solutions like solid-state batteries are likely to win over LICs.
(see also “أفضل 5 أسهم للبطاريات الصلبة للمراقبة أو الشراء”)
الاستثمار في تقنيات البطاريات المتقدمة
Batteries are at the center of the trend of electrification, itself a major multi-trillion-dollar endeavor looking to remove fossil fuels from our power sources.
تُعد البطاريات في صميم اتجاه الكهربة، وهو مسعى ضخم بقيمة تريليونات الدولارات يهدف إلى إزالة الوقود الأحفوري من مصادر طاقتنا.
You can invest in battery-related companies through many brokers, and you can find here, on securities.io, our recommendations for the best brokers in الولايات المتحدة, كندا, أستراليا, المملكة المتحدة, وكذلك في العديد من الدول الأخرى.
إذا لم تكن مهتمًا باختيار شركات بطاريات محددة، يمكنك أيضًا النظر في صناديق المؤشرات المتداولة للبطاريات مثل Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT)، وصندوق Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT)، أو WisdomTree (WT ) Battery Solutions UCITS ETF، والتي ستوفر تعرضًا أكثر تنوعًا للاستفادة من نمو صناعة البطاريات.
شركة تخزين الطاقة
تسلا
TSLA مخطط السعر
الرائد بلا منازع في سوق السيارات الكهربائية هو تسلا، التي كانت في طليعة ثورة السيارات الكهربائية.
ربما أكبر إسهام لتسلا ليس التكنولوجيا بل صورة السيارات الكهربائية. فقد غيرت سيارة رودستر 1.0، ذات الأداء المقارن لسيارة بورش (وبسعر مشابه تقريبًا)، توقعات الناس تمامًا بشأن السيارات الكهربائية.
نعم، يمكن للسيارات الكهربائية تقليل انبعاثات الكربون وتكون “خضراء”. لكن فجأة، اكتسبت أيضًا عامل “البرودة”. حول ذلك السيارات الكهربائية من “تضحية ضرورية لإنقاذ الكوكب” إلى “مستقبل النقل”.
تسعى تسلا أيضًا لتصبح أول شركة تحقق القيادة الذاتية الكاملة/روبوتاكسي، بالاعتماد على كل سيارة تسلا على الطريق لتوفير تدفق بيانات لا مثيل له، متفوقة على جميع منافسيها مجتمعين.
المصدر: Tesla
بالإضافة إلى الأنظمة الروبوتية، وكذلك حاسوب كورتيكس الفائق (واحد من أكبر مجموعات تدريب الذكاء الاصطناعي في العالم)، عززت السيارات ذاتية القيادة صورة تسلا كشركة تشبه الخيال العلمي تتجاوز السيارات الكهربائية.
المصدر: X
تُشغل سيارات تسلا بأحد أفضل البطاريات في العالم. تم تزويدها من قبل باناسونيك، ولاحقًا من قبل CATL، ومؤخرًا من قبل BYD، بينما تصمم بطارياتها الخاصة أيضًا.
أخيرًا، تنشط تسلا في قطاع الطاقة، من خلال أعمال الألواح الشمسية (Solar Roof) والبطاريات الثابتة للمنازل (Powerwall) وعلى مستوى المرافق (Megapack).
المصدر: Tesla
لا يزال هذا خط أعمال ناشئًا، لكنه قد يصبح على المدى الطويل كبيرًا مثل جزء تصنيع المركبات لتسلا.
لقد نشرت بالفعل 10 جيجاواط ساعة من Megapack في أكثر من 1500 موقع، مع تسارع وتيرة التركيب بسرعة كبيرة.
المصدر: Tesla
بين مبيعات السيارات المتزايدة بسرعة وأنظمة البطاريات على مستوى المرافق التي تنمو بسرعة أكبر، تُعد تسلا مستهلكًا ومزودًا رائدًا للبطاريات في العالم.
وربما قريبًا، ستكون رائدة أيضًا في المركبات الذاتية، والروبوتات، والذكاء الاصطناعي.
تُعد تسلا واحدة من أكثر الشركات قيمة في العالم، حيث ارتفع سعر سهمها بشكل كبير في السنوات القليلة الماضية. وتعكس جزء كبير من قيمتها السوقية الحالية تفاؤلًا قويًا بشأن مستقبلها.
كان هذا أقل صحة قليلًا بعد الضجة التي أعقبت انتخابات ترامب، والتي يبدو أنها تتراجع، ربما جزئيًا بسبب الجدل المحيط بدور إيلون ماسك في عملة DOGE.
لذلك، حتى مع التكنولوجيا المثيرة للإعجاب، سيرغب المستثمرون في التحقق مما إذا كان السعر الذي يدفعونه لتسلا مبررًا بالنمو المستقبلي وما إذا كان الشعور حول الشركة لا يزال قويًا كما كان في السابق.
آخر الأخبار عن تسلا
مرجع الدراسة:
1. Jon Rodriguez-Romero, Idoia Ruiz de Larramendi, Eider Goikolea. (2025). Journal of Power Sources. المجلد 629, 15 فبراير 2025, 235961 https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S037877532401913X?via%3Dihub
