الاشتراك في تحديثات الأخبار اليومية من CleanTechnica على البريد الإلكتروني. أو تابعنا على أخبار جوجل!

كان العصر الحديدي يتألم للعودة بعد قرون من البقاء في الظل، وأخيرًا يوفر له تحول الطاقة بداية جديدة. يعد الحديد العنصر الرئيسي في منصات تخزين الطاقة الجديدة واسعة النطاق وطويلة الأمد والتي ستحول المزيد من الموارد المتجددة إلى الشبكة، مما يضمن المرونة والموثوقية حتى عندما لا تكون الشمس مشرقة أو لا تهب الرياح.

لماذا نحتاج إلى منصات جديدة لتخزين الطاقة، على أي حال؟

أصبحت مصفوفات بطاريات الليثيوم أيون هي تقنية تخزين الطاقة المستخدمة للموارد المتجددة. فهي تعمل على تخفيف التغيرات في الكهرباء المولدة بواسطة توربينات الرياح والألواح الشمسية لبضع ساعات في كل مرة، وهو ما يكفي للتعامل مع معظم الأعمال اليومية لإدارة الشبكة بالإضافة إلى الطاقة الاحتياطية في حالات الطوارئ عند الحاجة.

ومع ذلك، تطلق وزارة الطاقة الأميركية هذا العام مشروعاً جديداً متطوراً لتسريع تكنولوجيا تخزين الطاقة بقيمة 75 مليون دولار أميركي يسمى "Grid Storage Launchpad"، والسؤال الكبير هو السبب وراء ذلك. يمكن لبطاريات الليثيوم أيون أن ترقى إلى مستوى الشبكة، كما هو موضح بالحجم الضخم 750 ميغاواط مجموعة بطاريات ليثيوم أيون موس لاندنج في كاليفورنيا.

وزارة الطاقة الأمريكية مستعدة للإجابة. لقد كانوا يدفعون القضية من أجل مدة طويلة منصات تخزين الطاقة التي يمكن أن تستمر لمدة 10 ساعات على الأقل، أو أكثر من ذلك بكثير، لاستيعاب شبكة مشبعة بموارد الطاقة المتقطعة. على الرغم من ضخامة منشأة Moss Landing، إلا أنها لا توفر سوى أربع ساعات من مدة التفريغ.

توضح وزارة الطاقة: "بينما يتم حاليًا تركيب وحدات تخزين ذات مدة أقصر لدعم المستوى الحالي لتوليد الطاقة المتجددة، هناك حاجة إلى تقنيات تخزين ذات مدة أطول مع نشر المزيد من مصادر الطاقة المتجددة على الشبكة".

بالإضافة إلى تمديد مدة النظام، تتطلع وزارة الطاقة أيضًا إلى خفض التكاليف بنسبة 90%، وذلك جزئيًا عن طريق نشر المواد الوفيرة في الأرض والتي لا تتعرض للتكاليف المرتفعة، ومخاطر سلسلة التوريد، وقضايا السمية، ومخاطر الحرائق.

هناك بديل مثبت بالفعل في متناول اليد، وهو أنظمة تخزين الطاقة الكهرومائية التي يتم ضخها. ومع ذلك، فإن تطبيقها محدود جغرافيًا بسبب متطلبات المياه والارتفاع. ومع ذلك، يمكن للقضايا الاجتماعية والثقافية والبيئية أن تشكل عقبات أيضًا إعادة استخدام مواقع الطاقة الأحفورية القديمة يمكن أن تقدم خيارًا أقل إثارة للجدل.

عودة عصر الحديد من جديد

العصر الحديدي هو من بقايا المحاسبة التاريخية التي تعود إلى القرن التاسع عشر، والتي تقسم التاريخ البشري المبكر إلى ثلاث فترات زمنية تحددها مادة رئيسية: العصر الحجري، والعصر البرونزي، والعصر الحديدي. ولم تغادر أي من هذه المواد المشهد بالكامل بالطبع. على وجه الخصوص، يعد الحديد (الرمز الكيميائي Fe) سمة بارزة في الاقتصاد الصناعي الحديث من خلال استخدامه في صناعة الصلب، من بين مجالات أخرى. كما أن كونه العنصر الرابع الأكثر وفرة على سطح الأرض يساعد أيضًا.

لقد بدأ الحديد بالفعل في شق طريقه إلى مجال تخزين الطاقة على نطاق صغير، ومن الأمثلة على ذلك المجال الجديد بطارية ليثيوم-حديد-فوسفات EV تم تطويره من قبل الشركة الصينية المعروفة CATL.

كما بدأ مبتكرو تخزين الطاقة على نطاق واسع في إعادة اكتشاف الحديد، بمساعدة وزارة الطاقة. أحد الأمثلة على ذلك هو الشركة الأمريكية الناشئة ESS. تلقت الشركة تمويلًا من مكتب ARPA-E التابع لوزارة الطاقة لمشاريع عالية المخاطر وعالية المكافأة في عام 2012، للمساعدة في تسويق بطارية التدفق الجديدة المعتمدة على الحديد.

تنشر بطاريات التدفق قدرة اثنين من السوائل المتخصصة على توليد الكهرباء عندما يتدفقان بجوار بعضهما البعض، ويفصل بينهما غشاء رقيق. أخذ وفاق سطيف الكرة وركض بها.

"لقد عرضت ESS ما لديها بطارية تدفق حديدية بالكامل في Intersolar North America في عام 2017 ووصلت إلى إنجاز آخر في عام 2019 عندما قامت وزارة الدفاع الأمريكية - معجب كبير بالتكنولوجيا النظيفة - تركيب بطارية تدفق Energy Warehouse™ الخاصة بالشركة في قاعدة مشاة البحرية في كامب بندلتون في سان دييغو،" CleanTechnica لاحظ في 2021.

لقد كانت ESS مشغولة إلى حد ما منذ ذلك الحين. ومن بين التطورات الأخيرة الأخرى، أعلنت الشركة في الخريف الماضي عن تعاون استراتيجي جديد مع هانيويل.

وأوضحت ESS: "تعتمد العلاقة على تطوير كل شركة لأنظمة تخزين الطاقة، وتجمع بين تصميم IFB [بطارية تدفق الحديد] الحائز على براءة اختراع من شركة ESS مع المواد المتقدمة وخبرة أنظمة الطاقة لدى شركة هانيويل".

ولاية الفحم تقتل الفحم، مع تخزين الطاقة

شركة Form Energy هي شركة أمريكية أخرى تستخدم الحديد لتخزين الطاقة لفترة طويلة. مساهمتها في هذا المجال عبارة عن بطارية هوائية حديدية، والتي تزيد من قدرة الحديد على الصدأ والإصلاح. "تعمل بطاريات الحديد والهواء حرفيًا عن طريق تعريض الحديد لتيار من الهواء" CleanTechnica تمت الإشارة إليه في عام 2021. “بمساعدة المنحل بالكهرباء والغشاء، تكون النتيجة تيارًا كهربائيًا وكومة من الصدأ. شحن البطارية إنها ببساطة مسألة تطبيق تيار كهربائي، وإعادة صياغة الصدأ إلى حديد.

هذا في الواقع ليس بهذه البساطة، ولكن شركة Form جاهزة لتسويق منصة تخزين الطاقة الجديدة الخاصة بها. وتقوم الشركة ببناء أول مصنع لها في ولاية فرجينيا الغربية، حيث تختار مدينة ويرتون الصناعية الواقعة على نهر أوهايو من بين 500 موقع مقترح آخر.

"كان عامل الجذب يتألف جزئيًا من توفر حقل بني مناسب، وهو مصنع Weirton Steel المهجور الواقع على نهر أوهايو". CleanTechnica لاحظ. "كان الوصول إلى ممرات النقل النهري والسكك الحديدية والطرق السريعة عاملاً آخر."

تتمتع ولاية فرجينيا الغربية بتاريخ طويل وعميق في صناعة الطاقة الأحفورية، ولا تزال من بين أكبر الولايات المنتجة للفحم والغاز الطبيعي في الولايات المتحدة، لذا فمن المثير للسخرية أن نرى ولاية فرجينيا الغربية تستضيف مشروعًا لتخزين الطاقة يهدف مباشرة إلى استخراج الفحم. من صورة توليد الطاقة في الولايات المتحدة، والغاز الطبيعي، للتمهيد.

ومع ذلك، فقد رأى بعض المسؤولين الحكوميين في ولاية فرجينيا الغربية الكتابة على جدار انتقال الطاقة. هناك عامل آخر يؤثر على قرار فورم بالاستقرار في ولاية فرجينيا الغربية وهو حزمة حوافز بقيمة 290 مليون دولار صممتها وزارة التنمية الاقتصادية بالولاية.

ويبدو أن وزير خزانة الدولة الجمهوري رايلي مور لم يحصل على نفس المذكرة. على الرغم من أن ولايته ستستضيف قريبًا مصنعًا سيرسل تكنولوجيا جديدة لتخزين الطاقة طويلة الأمد في جميع أنحاء البلاد، إلا أن مور يترشح حاليًا للكونغرس على منصة حمائية للطاقة الأحفورية. يقول الموقع الإلكتروني لحملة مور: "لقد أوقفت أجندة الشركات، ووضعت حدًا لتسجيل الأسلحة في الباب الخلفي، وحاربت من أجل اختيار المدرسة، ودافعت عن وظائفنا ضد لوبي الطاقة الخضراء المتطرف".

احصل على بضعة دولارات شهريًا المساعدة في دعم التغطية المستقلة للتكنولوجيا النظيفة التي تساعد على تسريع ثورة التكنولوجيا النظيفة!

تخزين طاقة أكثر وأفضل يعتمد على الحديد في الولايات المتحدة الأمريكية

الكثير من من أجل هذا. وفي الوقت نفسه، يقوم الباحثون في وزارة الطاقة في المختبر الوطني لشمال غرب المحيط الهادئ بتطوير جديد بطارية تدفق مائية تعتمد على الحديدبهدف خفض التكاليف وتبسيط سلسلة التوريد مع تحسين الأداء.

"تقرير الباحثين في طبيعة الاتصالات توضح PNNL أن بطاريتهم ذات الأساس الحديدي على نطاق المختبر أظهرت استقرارًا ملحوظًا في ركوب الدراجات على مدار ألف دورة شحن متتالية، مع الحفاظ على 98.7 بالمائة من سعتها القصوى.

ويضيفون: "للمقارنة، أبلغت الدراسات السابقة التي أجريت على بطاريات حديدية مماثلة عن تدهور سعة الشحن بمقدار أمرين من حيث الحجم، خلال دورات شحن أقل".

كما وصفتها PNNL، فإن البطارية الجديدة فريدة من نوعها لأنها تستخدم مادة كيميائية صناعية متاحة عادة بكميات كبيرة، تسمى ثلاثي الفوسفونات النيتروجينية، أو حمض نيتريلوتري ميثيل فوسفونيك أو NTMPA. ومن بين الاستخدامات الأخرى، يتم استخدام NTMA لمنع التآكل في محطات معالجة المياه.

"الفوسفونات، بما في ذلك NTMPA، هي عائلة كيميائية واسعة تعتمد على عنصر الفوسفور. العديد من الفوسفونات تذوب جيدًا في الماء وهي مواد كيميائية غير سامة تستخدم في الأسمدة والمنظفات، من بين استخدامات أخرى.

ومع وجود NTMPA في متناول اليد، قام فريق البحث بصياغة إلكتروليت سائل يستوعب الحديد في الظروف المحيطة، مما يساعد على تبسيط التكنولوجيا وخفض التكاليف. وقد حقق الفريق حتى الآن كثافة طاقة تصل إلى 9 واط/ساعة لكل لتر (Wh/L). وهذا أقل بكثير من الكثافة المتوفرة تجاريًا بطاريات تدفق الفاناديوم. ومع ذلك، تتوقع PNNL أن بطاريتها ذات التدفق الحديدي يمكن توسيع نطاقها لتوفير أداء مشابه، دون تكبد تكاليف باهظة.

لا تنزعج لمعرفة المزيد عن ذلك. الجديد لوحة تشغيل تخزين الشبكة سيتم إطلاقه في وقت لاحق من هذا العام بمهمة نقل تقنيات تخزين الطاقة الجديدة مثل بطارية تدفق PNNL الجديدة إلى التطبيقات التجارية في أسرع وقت ممكن.

تابعني @tinamcasey على Bluesky وThreads وPost وLinkedIn.

الصورة: يعمل الباحثون في مجال تخزين الطاقة في المختبر الوطني لشمال غرب المحيط الهادئ التابع لوزارة الطاقة بطارية التدفق القائمة على الحديد، تهدف إلى التفوق على بطاريات الليثيوم أيون من حيث المدة والتكلفة.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://cleantechnica.com/2024/04/01/energy-storage-innovators-plumb-iron-age-for-new-coal-killing-batteries/