با این که انرژی های تجدیدپذیر مزایای زیست محیطی فراوانی به همراه دارند، اما هنوز نمی توان آنها را به عنوان منبعی پایدار از انرژی در نظر گرفت.

 

شب ها خبری از نور خورشید نیست و نیروگاه های بادی هم به جریان هوا وابسته هستند که دائم کم و زیاد شده و حتی برخی روزها کاملا متوقف می شود. به این دلیل نمی توان آنها را منبعی با قابلیت تولید ۲۴ ساعته انرژی الکتریکی دانست. به همین سبب است که بسیاری از کشورهای دنیا که به استفاده از این نوع انرژی ها روی آورده اند، گاهی مجبورند از انرژی های فسیلی به عنوان جایگزینی برای مواقع قطع برق تولیدی از نیروگاه های بادی یا خورشیدی استفاده کنند.

 

البته بهره گیری از سوخت های فسیلی تنها راه حل این کار نیست. شاید بتوان بهترین راه حل برای پایدار سازی انرژی تولیدی از منابع پاک را ذخیره انرژی تولید شده توسط آنها در اوج زمان تولید و زمان هایی که مصرف کاهش می یابد، دانست. به این ترتیب با ذخیره انرژی اضافه تولید شده می توان کمبود انرژی در ساعات و مواقع نبود تولید یا اوج مصرف را جبران کرد، اما باتری های ذخیره انرژی هم بسیار پرهزینه و گرانقیمت هستند و این بر مشکلات پیش رو در جایگزینی سوخت های فسیلی می افزاید. علاوه بر آن این باتری ها به علت موادی که در ساخت آنها کار می رود، وقتی عمرشان تمام می شود و قابلیت شارژ مجدد خود را از دست می دهند، خود به مشکلی زیست محیطی تبدیل می شوند.

 

خوشبختانه دانشمندان به شیوه ای کم هزینه و البته عجیب برای ذخیره انرژی تولید شده در نیروگاه های بادی و خورشیدی دست یافته اند. در این شیوه قرار است حرارت و انرژی مازاد تولید شده در ذرات ریز یخ ذخیره شود تا در موقع لزوم بتوان این انرژی را بازیابی کرد و مورد استفاده قرار داد. نخستین طراحی آزمایشی بر اساس این رویکرد قرار است بزودی در نیروگاهی در ایالت اورگان آمریکا ساخته شود.

 

سازوکار باتری یخی

 

ذخیره انرژی در یخ از فرآیندی هوشمندانه بهره می برد. در این شیوه ابتدا انرژی اضافی تولید شده توسط توربین های بادی و یا صفحات خورشیدی جمع آوری و به یک پمپ گرمایی منتقل می شود. این پمپ آب موجود در میکرولوله های مخصوص را سرد کرده تا در نهایت این آب به صورت ذرات بسیار ریز یخ درآید. ذرات بسیار ریز یخ شده را می توان به بخشی دیگر پمپاژ کرد و در موقع لزوم از اختلاف سطح انرژی آنها با محیط برای تولید انرژی استفاده کرد.

 

البته دامنه کاربردهای این شیوه هوشمندانه به هیچ وجه به نیروگاه های خورشیدی یا بادی محدود نمی شود و انرژی گرمایی اضافی نیروگاه های برق استفاده کننده از سوخت های فسیلی را نیز می توان جذب و آب را به ذرات منجمد تبدیل کرد. در مرحله بعد بازهم می توان با به کارگیری هوای گرم محیط این میکروذرات یخ را ذوب و از اختلاف انرژی آن، برای چرخاندن یک توربین استفاده کرد. بازدهی این فرآیند ۸۰ درصد و بدان معنا است که ۸۰ درصد از انرژی گرمایی اولیه گرفته شده از سیستم را می توان ضمن فرآیند دوباره جذب انرژی از محیط به برق تبدیل کرد.

 

این یک روش برعکس ذخیره انرژی است. یعنی به جای ذخیره انرژی آن را مصرف می کنیم تا میکرو ذرات یخ در سیکلی برعکس و به منظور جذب دوباره انرژی از محیط، جریان انرژی تولید کنند.

 

ذخیره انرژی در محلول آب و آهن

 

اما شیوه دیگری نیز توسط دانشمندان برای ذخیره انرژی و افزایش بهره وری از نیروگاه های مختلف طراحی شده و آن هم استفاده از آهن است. در این شیوه از یک باتری دارای محلول آهن و آب استفاده می شود. انرژی مازاد تولید شده توسط نیروگاه سبب می شود آهن موجود در محلول الکترون های اضافی دریافت کند. در صورت نیاز به بازیابی انرژی نیز می توان این محلول را در میان دو الکترود قرار داد تا این الکترون های اضافی از آهن جدا شده و جریان الکتریکی ایجاد کنند و به این ترتیب انرژی ذخیره شده در آن بازیابی شود.

 

در حال حاضر گروهی از دانشمندان می کوشند باتری های این چنینی که در اصطلاح «یون ـ آهنی» نام دارد را تهیه کرده و در اختیار شهروندان معمولی که صفحات خورشیدی یا توریبن های بادی دارند قرار دهند تا آنها نیز بتوانند بخشی از انرژی مازاد تولید شده را ذخیره کنند.

 

ذخیره انرژی روی شیشه

 

دایره خلاقیت دانشمندان برای دستیابی به شیوه های نوین ذخیره انرژی تنها به یخ و آهن محدود نشد. گروهی از پژوهشگران با استفاده از فسفات نوعی شیشه درست کردند که نقظه ذوب پایینی دارد و می تواند همانند یخ و آهن به عنوان نوعی واسطه برای ذخیره انرژی به کار رود. گرانروی (ویسکوزیته) این شیشه بسیار پایین تر از شیشه معمولی است. به کلامی دیگر این شیشه تا حد زیادی شبیه عسل است و حتی می توان آن را در حالت مایع شده پمپاژ کرد.

 

اما چگونه می توان انرژی را روی این شیشه ذخیره کرد. ابتدا این شیشه مقداری انرژی گرمایی دریافت می کند و به صورت مایع در می آید. در مرحله بعد می توان آن را به نقطه ای دیگر پمپاژ کرد تا در آنجا سرد شده و انرژی ذخیره شده در خود را آزاد کند. گرمای آزاد شده را می توان برای تولید بخار به منظور حرکت پره های توربین به کار گرفت.

 

قرار است نمونه آزمایشی این فناوری در یک کارخانه تولید آلومینیوم به کار گرفته شود. در کارخانه های ذوب فلز، حجم زیادی از انرژی گرمایی هدر می رود. با استفاده از این شیوه شاید بتوان جلوی اتلاف بخش عمده ای از این گرما را گرفت و به این ترتیب بهره وری انرژی در این مراکز را به طور چشمگیری افزایش داد.

 

با این که بهره گیری از یخ، آهن و شیشه برای ذخیره انرژی گرمایی می تواند نویدهای زیادی به منظور استفاده موثرتر از انرژی ها در صنایع مختلف داشته باشد، اما شاید امیدبخش ترین استفاده از آنها را باید در نیروگاه های مبتنی بر انرژی های تجدیدپذیر دانست. شاید استفاده از این شیوه های ذخیره انرژی بتواند از نیاز روز افزون بشر به سوخت های فسیلی اندکی بکاهد.