تخزين الطاقة الشمسية كحرارة في جزيئات صناعية لأنظمة التخزين المستقبلية

أجري باحثون ألمان اختبارات على جزيئات صناعية تم تصميمها لامتصاص وتخزين وإطلاق الطاقة الشمسية عند الطلب، مما يجعلها تعمل كـ”بطاريات حرارية”. ويقول الباحثون إن هذه الطريقة أكثر كفاءة في تخزين الطاقة الشمسية مقارنة بأنظمة التخزين الحراري التقليدية.

التخزين الحراري الشمسي الجزيئي

في جامعة غوتة الألمانية، يعمل العلماء على استكشاف تخزين الطاقة الشمسية الجزيئي، وهو طريقة عالية السعة لتخزين الطاقة الشمسية باستخدام جزيئات صناعية. هذه الجزيئات التي تحتوي بشكل أساسي على الكربون والأوكسجين والنيتروجين والهيدروجين، لا تتطلب العناصر الأرضية النادرة أو المعادن الثقيلة أو البلاستيك.

كيفية عمل الجزيئات في تخزين الطاقة الشمسية

عند تعرض الجزيئات لأشعة الشمس، تتغير بنيتها في عملية تُسمى التفاعل المحفز بالضوء،  يتسبب الضوء في امتصاص الجزيئات للطاقة، والتي تقوم بإطلاقها لاحقًا عندما تعود إلى حالتها الأصلية بعيدًا عن ضوء الشمس. هذه الطريقة تتيح تخزين الحرارة مباشرة، دون الحاجة إلى عمليات تحويل مثل تحويل الكهرباء إلى حرارة، مما يعني أن الخسائر التي تحدث في أي عملية تحويل طاقة أخرى تكون غير موجودة، مما يجعل النظام أكثر كفاءة.

تجربة جزيئات “المفتاح الضوئي“

يعمل العلماء حاليًا على ثلاثة أنواع من الجزيئات التي يطلقون عليها اسم المفتاح الضوئي، وهي نوربورنادين، وأزابورين، وأزوبيزين،  عندما تتعرض هذه الجزيئات للضوء، تتحول من حالتها الأساسية إلى حالة تخزين طاقة عالية، مما يؤدي إلى تغيير هيكلها الجزيئي، وفي بعض الحالات تغيير لونها أيضًا.

المزايا مقارنة بالأنظمة التقليدية

وفقًا لـ جوزيف واتفيتل، أحد العلماء في جامعة غوتة، “جميع الخطوات – التحويل، والتخزين، وإطلاق الطاقة – تتم في جزيء واحد”، مما يجعل العملية بسيطة للغاية. وأضاف أن هذه الطريقة توفر مرونة أكبر لتخزين حرارة الشمس، حيث يمكن تخزينها لفترات أطول وإطلاقها عند الحاجة مثل المفتاح، مقارنةً بأنظمة التخزين الحرارية التقليدية.

التطبيقات المستقبلية للتخزين الحراري الجزيئي

بينما لا يزال العلماء يعملون على تحسين بعض خصائص الجزيئات، فقد بدأ المشروع في مرحلة اختبار حقيقية، حيث يتم وضع الجزيئات على أسطح الزجاج التي ستتحول إلى نوافذ في المستقبل. ستقوم هذه الجزيئات بتخزين الطاقة الشمسية خلال اليوم وتحريرها في الليل. كما يتم تطوير جزيئات يمكن ضخها ضمن دورة مغلقة، ليتم تثبيتها على الأسطح مثل أسطح المنازل، حيث سيتسبب أشعة الشمس في تحفيزها للانتقال إلى حالة تخزين الطاقة.

يمكن استخدام هذه الأنظمة في السيارات، والمنازل، والمصانع، وحتى في أكشاك الحيوانات. نظرًا لأنها تعتمد على الجزيئات فقط، فإن الأنظمة مُعتمدة على اللامركزية، مما يعني أنه لا حاجة إلى مصانع إنتاج كبيرة.

التمويل والتطورات المستقبلية

يستمر المشروع في مراحل تطويره، حيث بدأ في عام 2023 ومن المتوقع أن ينتهي في عام 2027. المشروع مدعوم بمبلغ إجمالي 4.8  مليون يورو (5 مليون دولار أمريكي) من مؤسسة الأبحاث الألمانية،  وبالرغم من أن المشروع لا يزال في مراحله الأولية، إلا أن النتائج الأولية تشير إلى أنه يمكن أن يكون ثورة في تخزين الطاقة الشمسية.

الخلاصة

يسعى العلماء في جامعة غوتة لتقديم حلول جديدة وفعالة لتخزين الطاقة الشمسية باستخدام الجزيئات الصناعية. من خلال التخلص من عمليات التحويل المعقدة والطاقة المهدورة، يمكن لتكنولوجيا التخزين الحراري الشمسي الجزيئي أن توفر نظامًا أكثر كفاءة ومرونة في تخزين الطاقة الشمسية. هذه التكنولوجيا لا تعد فقط خطوة مهمة نحو تطوير أنظمة تخزين الطاقة المستدامة، بل قد تساهم أيضًا في جعل الطاقة المتجددة أكثر كفاءة واعتمادية على المدى الطويل.