الطاقة
بطارية نووية آمنة ومدمجة قد تُحدث ثورة في تخزين الطاقة
أضف Securities.io إلى مصادرك المفضلة على Google
الطاقة النووية في كل شيء؟
عندما أصبح توليد الطاقة النووية تقنية قابلة للتطبيق، نشأ أمل في أن الطاقة التي لم تُستخدم حتى ذلك الحين إلا لصنع قنابل قادرة على إنهاء العالم يمكنها أيضًا إنقاذ الحضارة نفسها من نضوب الموارد.
مع تزايد القلق بشأن تغير المناخ، تشهد الطاقة النووية نهضة جديدة، فهي مصدر متاح وقابل للتوسع ومنخفض الكربون، ويمكنه سد الفجوة إلى أن تصبح مصادر الطاقة المتجددة والبطاريات جاهزة لتحل محل الوقود الأحفوري. كما تظهر تصاميم جديدة لمحطات نووية قد تجعلها أقل تكلفة وأكثر أمانًا ومرونة، كما أوضحنا في «تحديث حول المفاعلات المعيارية الصغيرة – هل ما تزال مستقبل الطاقة النووية؟» و«الجيل الرابع من الطاقة النووية: أرخص وأنظف وأكثر أمانًا».
لكن هذه المحطات الكبيرة لا تشبه الصورة التي تخيل بها كتّاب الخيال العلمي الطاقة النووية في البداية. فقد كان مفكرون بارزون مثل إسحاق أسيموف أكثر طموحًا، وتصوروا مولدات نووية مصغرة يمكن وضعها في القطارات والسيارات وحتى الأجهزة الأصغر، بما يلغي عمليًا الحاجة إلى إعادة شحنها أو تزويدها بالوقود.
وتتمثل خطوة في هذا الاتجاه في تقديم بطاريات نووية صغيرة بما يكفي لتشغيل أجهزة إلكترونية صغيرة بأمان.
قدّم هذا البحث سو-إل إن، الأستاذ في معهد دايغو غيونغبوك للعلوم والتكنولوجيا في كوريا الجنوبية، خلال اجتماع الربيع للجمعية الكيميائية الأمريكية (ACS)، تحت عنوان «بطارية من الجيل التالي: خلية بيتافولتية مستقرة وعالية الكفاءة من الكربون-14 ومحسّسة بالصبغة».
المصدر: Asia Research News
حدود البطارية
تتحدد سعة معظم الأجهزة الإلكترونية اليوم ببطارياتها التي تستخدم عادة تقنية أيونات الليثيوم. وينطبق ذلك على الهواتف الذكية والطائرات المسيّرة وأجهزة الاستشعار وغيرها.
إضافة إلى ذلك، يُعد تعدين الليثيوم عملية مدمرة للبيئة، وقد يتحول الليثيوم نفسه إلى مادة ملوثة في المستقبل.
لذلك يدرس العلماء منذ زمن طويل استخدام الاضمحلال الإشعاعي، وهي عملية تستمر مئات أو حتى عشرات آلاف السنين، بوصفه بديلًا أفضل يلغي تمامًا الحاجة إلى إعادة شحن الأجهزة.
لكن بما أن هذه الأجهزة ستحتوي على مواد مشعة، فلا بد أن تستوفي أشد معايير السلامة صرامة.
الإشعاع بيتا
توجد أشكال مختلفة عديدة من النشاط الإشعاعي. ويُعد اضمحلال غاما أخطرها لأنه يطلق أشعة غاما شديدة القوة، وقد تسبب السرطان وأضرارًا أخرى.
المصدر: Compound Chem
أما اضمحلالا ألفا وبيتا فهما أقل خطورة بكثير، ويمكن إيقاف انبعاثاتهما المشعة بطبقة رقيقة من الألومنيوم أو حتى بورقة عادية.
المصدر: Western Oregon University
اختيار النظير المناسب
يعتمد نوع النشاط الإشعاعي على العنصر المشع ونظائره، ولذلك تكون بعض مصادر الطاقة أكثر أمانًا بكثير من غيرها. ولهذا السبب لا تناسب مواد مثل اليورانيوم البطاريات النووية الصغيرة.
في المقابل، يُعد الكربون-14، وهو نظير طبيعي للكربون يُستخدم كثيرًا في تقنيات التأريخ، خيارًا مناسبًا.
ومن مزاياه الإضافية أن محطات الطاقة النووية القائمة تنتج الكربون-14 بالفعل، ما يجعله منخفض التكلفة وسهل التوافر وإعادة التدوير. وأخيرًا،
«قررت استخدام نظير مشع للكربون لأنه يولد أشعة بيتا فقط. ولأن الكربون المشع يتحلل ببطء شديد، يمكن لبطارية تعمل به أن تدوم نظريًا آلاف السنين.»
الأستاذ Su-Il In – أستاذ في معهد دايغو غيونغبوك للعلوم والتكنولوجيا
تقنية بيتافولتيك
ليست الاستفادة من اضمحلال بيتا في توليد الطاقة مفهومًا جديدًا تمامًا؛ إذ تُعرف باسم التقنية البيتافولتية، حيث تحل جسيمات بيتا محل الفوتونات المستخدمة في الخلايا الكهروضوئية التقليدية.
في الخلية البيتافولتية يصطدم إلكترون، بدلًا من فوتون، بشبه موصل، فتتولد الكهرباء.
تُعد مادة شبه الموصل العنصر الأساسي، لأن كفاءتها تحدد معدل كفاءة تحويل الطاقة الإجمالي. وحتى الآن كانت أشباه الموصلات البيتافولتية منخفضة الكفاءة للغاية أو هشة بدرجة لا تسمح لها بالاستمرار بقدر الوقود النووي.
شبه الموصل أكسيد التيتانيوم
استخدم البروفيسور إن وفريقه ثاني أكسيد التيتانيوم، وهو مادة شائعة في الخلايا الشمسية، وأضافوا إليه صبغة قائمة على الروثينيوم. ولتقوية الرابطة بين الصبغة وشبه الموصل عالجوها بحمض الستريك.
عندما يصطدم جسيم بيتا، أي إلكترون عالي الطاقة، بصبغة الروثينيوم، تنشأ سلسلة من تفاعلات نقل الإلكترونات تُسمى الانهيار الإلكتروني. ثم يجمع ثاني أكسيد التيتانيوم الإلكترونات المتولدة ويحولها إلى كهرباء قابلة للاستخدام.
معالجة كلا القطبين
اكتشف الباحثون أن وضع صبغة الروثينيوم على كل من الكاثود والأنود في البطارية النووية يرفع كفاءة العملية بدرجة كبيرة.
ومقارنة بتصميم سابق وضع الكربون المشع على الكاثود فقط، ارتفعت كفاءة تحويل الطاقة من 0.48% إلى 2.86%.
التطبيقات
ولأن هذا النظام سيكون على الأرجح أغلى من البطارية العادية في الوقت الحالي، فستظهر تطبيقاته الأولى في المجالات التي يكون فيها تجنب استبدال مصدر الطاقة أو إعادة شحنه أكثر فائدة.
فعلى سبيل المثال، يمكن لهذه البطاريات البيتافولتية تشغيل أجهزة تنظيم ضربات القلب وغيرها من الغرسات الطبية طوال عمرها التشغيلي.
كما يمكن لأجهزة الاستشعار في البيئات الحساسة أو القاسية، مثل المفاعلات النووية والمصانع وأعماق البحار والفضاء السحيق، أن تستفيد كثيرًا من هذا المفهوم.
تحسينات إضافية
تنضم هذه التقنية والزيادة اللافتة في كفاءتها إلى أبحاث أخرى تسعى إلى استغلال الاضمحلال الإشعاعي لإنتاج الطاقة من دون مفاعل نووي. فعلى سبيل المثال، ناقشنا مؤخرًا فكرة استخدام النفايات النووية لإنتاج نوع آخر من البطاريات النووية.
ويرى البروفيسور إن أن تحسين شكل باعث أشعة بيتا وتطوير مواد أكثر كفاءة لامتصاصها قد يعززان أداء البطارية ويزيدان إنتاج الطاقة.
وبوجه عام، يُرجح أن تواصل هذه التقنية التحسن مع تقدم فهمنا لأشباه الموصلات والمعادن النادرة.
الاستثمار في الطاقة النووية
Cameco – Westinghouse Electric Company
CCJ مخطط السعر
في عام 2022، قررت Cameco الاستحواذ على حصة 49% في Westinghouse، إحدى أبرز شركات بناء محطات الطاقة النووية في الولايات المتحدة، بينما استحوذت شركة الاستثمار العملاقة Brookfield على حصة 51%.
تمتلك الشركة قسمًا ضخمًا لتوليد الطاقة المتجددة والمنخفضة الكربون يتمثل في Brookfield Renewable Partners، البالغة قيمتها 19 مليار دولار (BEP.UN.TO ) (BEPC ) (BEP ). أما Brookfield Corporation (BN ) ككل فهي شركة عملاقة لإدارة الأصول تدير ما يقارب تريليون دولار.
وهذا يعني أن Westinghouse ستتمكن من الوصول إلى قاعدة رأسمالية ضخمة، وهو تحدٍ يواجه عادة شركات بناء المفاعلات النووية لأن المشاريع الجديدة تتطلب سنوات من الاستثمار قبل أن تبدأ في تحقيق الإيرادات.
ورغم أن الإيرادات تستغرق وقتًا أطول للظهور، فإن المفاعل الجديد يبدأ بعد دخوله مرحلة البناء في تحقيق إيرادات لـWestinghouse من السنة السادسة بعد دراسات التصميم والهندسة، ويستمر في ذلك طوال مشروع البناء الذي يتجاوز عشر سنوات.
المصدر: Cameco
يتمثل المنتج الأساسي لـWestinghouse في تصميم مفاعل AP1000 المجرب، إذ تعمل ست وحدات منه وتوجد ست أخرى قيد البناء. كما تستخدم معيار CANDU التابع للشركة، وهو من أكثر المعايير انتشارًا في العالم.
وتعمل الشركة أيضًا على المفاعل المعياري الصغير AP300، الذي يُرجح نشره في سلوفاكيا وفنلندا والسويد، إضافة إلى المفاعل الدقيق e-Vinci، ما يوضح استمرار ابتكاراتها ومواكبتها لأحدث توجهات القطاع.
المصدر: Westinghouse
تؤدي Westinghouse دورًا أساسيًا في جزء كبير من سلسلة التوريد النووية. ونظرًا إلى صرامة اللوائح، ستكون هذه الأجزاء والمعدات مطلوبة لأي محطة جديدة، سواء كانت تقليدية أو من نوع المفاعلات المعيارية الصغيرة.
وبوجه عام، حتى لو حُلّت مشكلة إمدادات اليورانيوم وانهارت أسعاره، ينبغي أن تتيح ملكية Westinghouse لـCameco الاستفادة من نهضة الطاقة النووية الجارية لعدة عقود على الأقل.
تتمثل بقية أعمال Cameco في تعدين اليورانيوم، ومن المرجح أن تستفيد هي الأخرى من نهضة الطاقة النووية. وتقع أصول التعدين الرئيسية للشركة في كندا وكازاخستان.
تاريخيًا، عانت شركات اليورانيوم والمفاعلات النووية من مخاوف الكوارث النووية والقلق بشأن النفايات المشعة.
ومع نضج تصاميم أحدث وأكثر أمانًا وتحول النفايات النووية من مشكلة إلى مورد قيّم، يُفترض أن تتراجع هذه المخاوف. ويشمل ذلك إنتاج الكربون-14 للتطبيقات البيتافولتية، الذي قد يصبح منتجًا إضافيًا لمحطات Westinghouse.
كما أن التوجه نحو مزيد من مصادر الطاقة المنخفضة الكربون، في وقت لم تحل فيه المصادر المتجددة بالكامل مشكلة تقطع الإنتاج، ولا سيما في الشتاء، من شأنه أن يساعد الطاقة النووية على تحقيق عودة قوية.
(إذا كنت مهتمًا أكثر بإمكانات الطلب على العناصر المستخدمة في هذه الدراسة، يمكنك أيضًا الاطلاع على تقريرنا حول الاستثمار في التيتانيوم)
آخر المستجدات حول Cameco-Westinghouse Electric Company
