لا تهدر، لا تحتاج – أساليب فريدة لتعظيم إمكانات الطاقة المستدامة

فهم كيفية تعظيم الطاقة المستدامة هو خطوة أولى حيوية لجعل العالم أكثر خضرة وبيئة صالحة للعيش للجميع. الطاقة المستدامة في تزايد، ولسبب وجيه. اعتماد البشرية على الكهرباء المولدة يستمر في الارتفاع بمعدل مقلق. من المكيفات إلى السيارات الكهربائية، البشر يستهلكون الطاقة بشراهة.

نظرًا للنمو المتسارع لاحتياجات المجتمع من الطاقة، لا ينبغي أن يكون مفاجئًا كبيرًا أن عددًا متزايدًا من المجموعات يبحثون عن طرق لتقليل وإعادة استخدام وتقليل الطاقة المهدرة داخل الشبكة. أفضل الخيارات حتى الآن تدور حول تعظيم الطاقة المستدامة وإعادة استخدام الطاقة المهدرة المحتملة.

تعظيم الطاقة المستدامة

تعظيم الطاقة المستدامة هو علم يستمر في التوسع يوميًا. يعمل المهندسون بجد على تطوير طرق مختلفة لتحسين الأنظمة الحالية أو تقديم خيارات جديدة. إليكم بعض من أكثر التطورات الحديثة إثارة.

المصدر – Pixabay

ألواح الحرارة

الجميع سمع عن الألواح الشمسية، لكن هل رأيت ألواح الحرارة؟ هذه الأجهزة تدمج التبريد الإشعاعي مع توليد الطاقة الحرارية الكهربائية لإنشاء طاقة بعد غروب الشمس بوقت طويل. مهندسو جامعة ستانفورد أنشأوا المفهوم ويختبرونه حاليًا.

كان المهندسون حريصين على إنشاء مصدر طاقة يمكنه التقاط حرارة الشمس دون الحاجة إلى مصادر طاقة إضافية لتحويل هذه الطاقة إلى كهرباء. هذه الحرارة الشمسية توفر مصدر طاقة ذاتي التجدد مثالي يمكن أن يستمر لساعات. بالإضافة إلى ذلك، أرادوا أن تكون التقنية شيئًا يندمج مع الأنظمة الحالية لتوفير كهرباء مستمرة.

المفهوم حاليًا في مرحلة الاختبار، لكن النتائج تبشر بالخير. أظهر الاختبار الأخير أن النظام أكثر كفاءة بـ +120 مرة مقارنةً بالمحاولات السابقة. إذا نجحت التقنية، يمكن أن توفر طريقة لجميع المواقع التي تولد حرارة لإنتاج وإعادة استخدام الطاقة.

للمفهوم العديد من المزايا. فكر في محرك يولد الكهرباء من حرارته بدلاً من المولد. الحرارة هي أحد أكبر المنتجات الثانوية للمنتجات الكهربائية، وبالتالي، يجب أن يكون التقاط هذه الطاقة المفقودة أولوية للجميع.

التركيب الضوئي الصناعي

يمكن للنباتات تحويل الضوء مباشرة إلى طاقة مع فقدان قليل. هذا التحويل كان نقطة اهتمام للمهندسين في مجال الطاقة المستدامة لعقود. يعتقدون أنهم قادرون على إنشاء تركيب ضوئي صناعي يحاكي النباتات.

على عكس النباتات، هذه العمليات لا تسعى لإنشاء الأكسجين بل عنصر أكثر احتراقًا أو تفاعلية يتحول بسهولة إلى طاقة. قامت عدة جامعات بإجراء مشاريع بحثية ضخمة لاستكشاف هذه المفاهيم. من بينها، تبدو جامعة كامبريدج قد وجدت الحل الأكثر منطقية.

قام فريق من المهندسين في الجامعة بتعديل عملية التركيب الضوئي المختبري قليلًا لإنشاء ناتج فرعي مختلف. في الطبيعة، ينتج التركيب الضوئي O2. في عملية الترقية، يتم دمج CO2 و O2 بطريقة تُنتج حمض الفورميك. هذا النهج منطقي لأنه أسهل في تحويل حمض الفورميك إلى وقود هيدروجيني.

لتحقيق هذه المهمة، تُدخل العملية محفزًا يضم مزيجًا من المعادن الأرضية النادرة. يتيح هذا الهيكل توسيع العملية بسرعة لتلبية احتياجات المجتمع. في المستقبل، قد ترى ألواح التحفيز الضوئي تصبح القاعدة.

استخدام مصادر الطاقة الطبيعية

التركيب الضوئي ليس الطريقة الوحيدة التي تستطيع بها الطبيعة تحويل ضوء الشمس إلى طاقة بكفاءة. هناك العديد من الكائنات الحية على الأرض التي تستخدم أساليب فريدة لالتقاط وتحويل الطاقة الشمسية. بذل الباحثون جهودًا كبيرة لدراسة هذه الآليات على أمل إنشاء نسخ صناعية أو استغلال الأنظمة القائمة.

مجموعة من المهندسين المبتكرين من جامعة ماساتشوستس أطلقت مؤخرًا دراسة تُظهر أن البكتيريا قد تكون الحل التالي للطاقة. شرح البحث كيف تستخدم البكتيريا الكيمياء الحيوية لإنشاء طاقة من بيئتها.

استخدمت الدراسة البكتيريا Geobacter sulfurreducens لتوليد الطاقة. عدّل الباحثون الجينات والبيولوجيا التركيبية للميكروبات لتتفاعل مع الهواء. عندما يمر الهواء فوق البكتيريا، يتولد تيار كهربائي صغير.

من الجدير بالذكر أن التفاعل يحدث لأن البكتيريا تُنشئ أسلاك نانوية بروتينية خاصة. بعد تعلم هذه الطريقة، تمكن الباحثون من إنشاء شبكة أسلاك نانوية بسمك 7 ميكرون. أظهر الاختبار أن الشبكة تنتج نتائج مشابهة للبكتيريا عند تعرضها للهواء. بالنسبة لأي شخص يسعى إلى الاستدامة، يمثل هذا التطور علامة فارقة كبيرة.

دمج التقنيات للطاقة المستدامة

طريقة أخرى لإنشاء طاقة أكثر استدامة بمساحة أقل هي دمج التقنيات. هناك العديد من الأساليب المختلفة لإنشاء طاقة مستدامة، بما في ذلك استغلال طاقة الشمس، الرياح، الحرارة، الحركة، وأكثر. يوفّر دمج هذه الأساليب سيناريو فريدًا حيث يمكن استخدام وقت التوقف أو النفايات من طريقة واحدة لتغذية نموذج توليد آخر.

مثال مثالي لهذا المفهوم يمكن رؤيته على ساحل البحر المتوسط. مُثبتًا قبالة سواحل اليونان، جمع الباحثون مزرعة طاقة شمسية وريحية عائمة. يتكوّن الجهاز من أقسام مربعة معيارية. يمكن إضافة أو إزالة هذه الأقسام لتناسب المساحة أو الميزانية أو متطلبات الطاقة.

كل وحدة تتكوّن من مجموعة من الألواح الشمسية وأربع توربينات رياح. صُمم الجهاز ليطفو قبالة السواحل حيث تهب رياح البحر المتوسط بلا عوائق على مدار السنة. بالإضافة إلى ذلك، هناك وفرة من الشمس في المنطقة التي تتكامل مع الطاقة الشمسية لتكوين مزرعة متعددة الطاقة فعّالة.

يمكن تحسين هذه التقنية أكثر في المستقبل. التكامل الأكثر وضوحًا سيكون مع أنظمة طاقة المد والجزر. تستخدم هذه الأجهزة الأمواج لتوليد حركة يمكن تحويلها إلى كهرباء، مما يجعلها الإضافة المثالية لأي محطة طاقة عائمة في المستقبل.

بطاريات أفضل

طريقة حاسمة أخرى للاستفادة القصوى من الطاقة المستدامة هي إنشاء بطاريات أفضل. تقنية البطاريات تُحدّث باستمرار، وتُكتشف حلول أفضل. مع ظهور بطاريات أفضل، يصبح تخزين الطاقة أكثر فاعلية.

هناك بطاريات قيد التطوير تكون أخف وزنًا، تشحن أسرع، وتخزن أكثر من سابقتها. قد تكون هذه الأنظمة المفتاح لجعل أنظمة توليد الطاقة الحالية تتقدم إلى المستوى التالي. التقاط وتخزين الطاقة المستدامة هو أحد الاهتمامات الأساسية للمهندسين الذين يسعون إلى غدٍ أكثر خضرة.

إن جعل البطاريات أخف وزنًا وبسعة أكبر سيقلل بشكل كبير من النفايات الكهربائية. الوزن الأقل يعني أن المزيد من الطاقة يمكن توجيهها إلى مهام أخرى بدلاً من حمل البطارية الثقيلة. بالإضافة إلى ذلك، يعني ذلك إمكانية وضع المزيد من البطاريات في نفس المساحة.

مواد صناعية جديدة

وصلت تقنية البطاريات إلى مرحلة نضجها بفضل التطورات الأخيرة في الذكاء الاصطناعي والنمذجة، مما يمكّن المهندسين من اختبار مفاهيمهم افتراضيًا وتعزيز إبداعاتهم. استخدام مواد جديدة مثل NanoBolt Lithium tungsten و zinc magnesium أثبت أنه يوفر كفاءة أكبر وقدرات تخزين محسنة.

ومن الجدير بالذكر، أن المشكلة ليست فقط في التقاط الطاقة بل في تخزينها بأمان. لا فائدة من شحن بطارية ثم انفجارها أو ارتفاع حرارتها إلى درجة تجعلها غير صالحة للاستخدام. هذه المخاوف دفعت إلى مزيد من الابتكار وقد تستمر بطاريات المستقبل لسنوات بشحنة واحدة.

بطاريات الرمل

قامت شركة مبتكرة تُدعى Polar Night Energy مؤخرًا بتقديم بطارية رمل جذبت انتباه المجتمع. يستخدم النظام الرمل الساخن لتخزين الكهرباء المحوّلة كطاقة حرارية. يدمج هذا الأسلوب حاويات معزولة للغاية تمكّن الرمل من التسخين إلى +1000 درجة.

تُخزن هذه الحرارة في الرمل ويمكن تحويلها إلى أشكال أخرى من الطاقة عند الحاجة. هذا النهج مثالي لأن الرمل وفير وغير خطر. لا ينفجر الرمل كما تفعل وسائط البطاريات الأخرى وهو غير مكلف جدًا.

مفهوم بطاريات الرمل يُستخدم بالفعل، وأول عملية تجارية لتخزين الطاقة الحرارية القائمة على الرمل تقع في فاجاكوسكي، فنلندا. تتميز البطارية التجريبية بقدرة تسخين تبلغ 100 كيلواط ويمكنها تخزين سعة 8 ميغاوطن ساعة.

إعادة استخدام الطاقة الزائدة يساعد

طريقة أخرى لتقليل طلب الطاقة هي إعادة استخدام الطاقة الزائدة كلما أمكن. هناك تركيز كبير على التقاط الطاقة المفقودة أثناء عمليات التحويل. على سبيل المثال، أعطت المصباح الكهربائي العالم لمحة عن الليل.

مع ذلك، كانت النماذج الأصلية غير فعّالة للغاية، حيث كان فقدان الحرارة هو أكبر منتج نفايات. يدرك المهندسون جيدًا هذه الخسائر في التحويل وقد وضعوا بعض الطرق المثيرة لتقليل تأثيرها. إليكم بعض من أكثر الأساليب ابتكارًا المتوفرة اليوم.

عمال تعدين البيتكوين

عمال تعدين البيتكوين خبراء في التقاط الطاقة المهدرة. هناك عدة مشاريع قيد التنفيذ تساعد عمال التعدين على تحويل الحرارة الناتجة عن عملياتهم إلى خدمات قابلة للاستخدام مثل تدفئة منازلهم أو تشغيل أجهزة أخرى.

عمال تعدين البيتكوين معروفون بارتفاع حرارة أجهزتهم لأنهم يجريون باستمرار حسابات مكثفة تزيد من درجة حرارتهم. تتسبب هذه الحرارة في تشغيل أجهزة التعدين بكفاءة أقل، مما يستهلك المزيد من الكهرباء من الشبكة وينتج حرارة إضافية، وتستمر الحلقة.

بدأ عمال التعدين الأذكياء في استغلال هذه الحرارة الزائدة لتقليل فواتير الكهرباء. يمكن استخدام الحرارة لتسخين سخانات المياه المنزلية. في بعض الحالات، يستخدم عمال التعدين الحرارة لتشغيل أجزاء أبرد من عملياتهم مباشرة. وفر المال وزد عدد الساتوشي عندما تعزز الطاقة المستدامة عبر التقاط نفاياتها.

الشركات الرائدة في إعادة استخدام الطاقة المستدامة

هناك بعض المشاريع الرائعة في العالم ضمن قطاع إعادة استخدام الطاقة المستدامة. تدفع هذه الشركات حدود التكنولوجيا لخلق مستقبل أكثر إشراقًا للجميع. إليكم بعض الشركات التي جعلت استدامة الطاقة وإعادة استخدامها مكونًا أساسيًا في نموذج أعمالها.

1. Kempower

يسعى فريق Kempower إلى تسهيل تمكين ثورة السيارات الكهربائية. تتخصص الشركة في محطات الشحن الذكية. تستخدم هذه الأنظمة برامج متقدمة لضمان شحن بطارياتك بسرعة وكفاءة.

تقدم Kempower حل بطارية DC سريع الشحن. توفر هذه الأساليب أوقات إعادة الشحن اللازمة لتشغيل أساطيل السيارات الكهربائية للركاب، والمركبات التجارية، وآلات العمل المتنقلة. في المستقبل، سيزداد الطلب على هذه المركبات بشكل كبير، وتوفير حل تخزين موثوق وفعّال يضع Kempower في موقع النجاح.

توفر الشركة محطات شحن خاصة وعامة. ومن المثير للاهتمام أن هذه المحطات يمكن ربطها بجهازك الذكي لتتمكن من مراقبة شحنك من أي مكان. في المستقبل، قد تتمكن من إرسال سيارتك للشحن دون الحاجة إلى وجود شاحن في الموقع.

تدمج جميع محطات Kempower شاشات لمس واضحة تجعل من السهل اختيار الخيارات المناسبة. بالإضافة إلى ذلك، صُنعت هذه الوحدات منذ اليوم الأول لتتحمل الظروف الخارجية القاسية. إذا كنت تبحث عن نظام شحن ذكي متقدم لسياراتك الكهربائية، فإن Kempower مكان رائع للبدء.

2. CSolPower LLC

تعمل مختبرات سانديا الوطنية مع شركة CSolPower LLC التي تتخذ من نيو مكسيكو مقرًا لتخزين الطاقة باستخدام الصخور. مشابهًا لبطارية الرمل التي تعرفتها، يخزن هذا النظام الكهرباء على شكل حرارة. بدلاً من الرمل، تُستخدم الصخور. كلا الطريقتين ميسورتان التكلفة وسهلة التخزين.

في هذا النظام، تُسخّن الصخور وتُخزن ساخنة. يُضخ الهواء فوق الصخور لالتقاط ونقل طاقة الحرارة عند الحاجة. يتيح هذا الأسلوب للمهندسين تخزين الحرارة لأيام مع خسارة قليلة وتحويلها إلى كهرباء دون خطر الانفجارات أو المشكلات الكيميائية.

تحسين الوصول إلى الطاقة للجميع

أحد المكونات الرئيسية لإنشاء شبكة طاقة أكثر استدامة هو توفير فرص متساوية للجميع لاستخدام الكهرباء المنتجة. استكشاف طرق جديدة للتخزين والنقل، مثل بطاريات الرمل والزوارق العائمة التي تعمل بالطاقة الشمسية/الرياح، يوفر حلاً أفضل للدول النامية.

تتمتع هذه الدول بميزة أنها لم تقم باستثمارات ضخمة في بنية تحتية قديمة كما فعلت الدول المتقدمة. وبالتالي، يمكنها أن تظل مرنة وتجد أفضل حلول الطاقة المستدامة المتاحة.

الاستدامة ليست اختيارية

قريبًا، مع تزايد طلب الطاقة وتدهور البيئة، ستتوسع بسرعة علم إعادة استخدام الطاقة المهدرة لتحسين الاستدامة. وبالتالي، جميع المشاريع هنا تمتلك إمكانات نمو أسي وتستحق المتابعة.

يمكنك معرفة المزيد عن مشاريع البلوك تشين المثيرة هنا.