هل يمكن لبطاريات الزنك أيون أن تحل مشكلة تخزين الطاقة المتجددة لدينا؟
إن أزمة المناخ العالمية تلوح في الأفق بشكل أكبر من أي وقت مضى، مدفوعة إلى حد كبير بالانبعاثات الناجمة عن الوقود الأحفوري. ومن بين الأنشطة البشرية العديدة التي تساهم في تغير المناخ، يبرز توليد الكهرباء على مستوى العالم باعتباره السبب الرئيسي. في حين أن التحول إلى مصادر الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية قد أحرز بعض التقدم، فإن اعتماد الطاقة النظيفة على نطاق واسع لا يزال يمثل مسعى صعبا. تتمثل إحدى العقبات الحاسمة في هذه الرحلة في الحاجة إلى حلول لتخزين الطاقة تتسم بالكفاءة وبأسعار معقولة وآمنة. في هذه المقالة، سوف نتعمق في التحول المستمر للطاقة، والقيود المفروضة على بطاريات الليثيوم – أيون، والإمكانات الواعدة لبطاريات الزنك – أيون في إحداث ثورة في مشهد الطاقة.
التحدي المتمثل في تكامل الطاقة المتجددة
مصادر الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية متقطعة بطبيعتها. ويعتمد توفرها على عوامل طبيعية مثل ضوء الشمس والرياح، مما يجعل من الضروري تخزين الطاقة الزائدة لاستخدامها خلال فترات التوليد المنخفض. وقد سلط هذا المطلب الضوء على التحديات الكبيرة المرتبطة بتخزين الطاقة، وأصبح من الواضح أن إيجاد بديل لبطاريات الليثيوم أيون هو المفتاح لتعزيز اعتماد الطاقة المتجددة.
ما وراء بطاريات الليثيوم أيون
اكتسبت بطاريات الليثيوم أيون شعبية في العديد من التطبيقات، بما في ذلك تخزين الطاقة على نطاق الشبكة، وذلك بسبب كثافتها العالية للطاقة ونمطيتها. ومع ذلك، فإن استخدامها يأتي مع العديد من العيوب، بما في ذلك ارتفاع تكاليف المواد، والمخاوف المتعلقة بالسلامة المتعلقة بالحرائق والانفجارات، وممارسات إعادة التدوير المحدودة. وقد أعاقت هذه التحديات اعتمادها على نطاق واسع للتطبيقات على نطاق الشبكة.
بصيص الأمل: بطاريات الزنك أيون
واحدة من أكثر المرشحين الواعدين لاستبدال بطاريات الليثيوم أيون لتخزين الطاقة على نطاق الشبكة هي بطارية الزنك أيون القابلة لإعادة الشحن. توفر بطاريات الزنك أيون، التي ظهرت خلال العقد الماضي، العديد من المزايا مقارنة بنظيراتها من الليثيوم أيون. وتشمل هذه الفوائد انخفاض تكاليف المواد، وتعزيز السلامة، وخيارات إعادة التدوير الأكثر وضوحًا.
ولتحقيق أهداف طموحة لإزالة الكربون، مثل هدف كندا المتمثل في تزويد شبكتها بالطاقة بنسبة 90٪ من الكهرباء المتجددة، يجب أن تنخفض تكلفة تخزين الطاقة بشكل كبير. وقد أظهرت الدراسات أنه لكي تصبح مصادر الطاقة المتجددة المصدر المهيمن للكهرباء (90-95%)، يجب أن تكون تكاليف تخزين الطاقة أقل من 150 دولارًا لكل كيلووات/ساعة. لا تزال أنظمة الليثيوم أيون الحديثة تحوم حول 350 دولارًا لكل كيلووات في الساعة، ويرجع ذلك أساسًا إلى ارتفاع تكاليف التصنيع والاعتماد على المواد الخام باهظة الثمن.
توفر بطاريات الزنك أيون حلاً لتحدي التكلفة. ويستخدمون مواد وفيرة وغير مكلفة مثل الزنك والمنغنيز، مما يجعل إنتاجها أرخص. علاوة على ذلك، فإن هذا الاختيار للمواد يقلل من المخاطر المرتبطة باضطرابات سلسلة التوريد، وهو مصدر قلق يؤثر على بطاريات الليثيوم أيون بسبب اعتمادها على الليثيوم والكوبالت. ومن الجدير بالذكر أن إنتاج الزنك العالمي يتجاوز إنتاج الليثيوم بأكثر من 100 مرة.
اعتبارات السلامة في البطاريات
تعتبر السلامة أمرًا بالغ الأهمية عندما يتعلق الأمر باعتماد تقنيات تخزين الطاقة. تستخدم بطاريات الليثيوم أيون التقليدية مذيبات سامة وقابلة للاشتعال في إلكتروليتاتها، مما يشكل خطر نشوب حريق وانفجار. في المقابل، تستخدم بطاريات الزنك أيون محلولًا كهربائيًا مائيًا، مما يزيل خطر الحريق والانفجار.
بالإضافة إلى ذلك، فإن التخلص الآمن من البطاريات في نهاية دورة حياتها يشكل مصدر قلق كبير. تحتوي بطاريات الليثيوم أيون على مركبات سامة، مما يجعل إعادة التدوير أمرًا صعبًا اقتصاديًا ويؤدي إلى انتهاء عدد كبير من الخلايا المستهلكة في مدافن النفايات. تعمل بطاريات الزنك أيون على تبسيط عملية المعالجة في نهاية العمر نظرًا لأنها تستخدم إلكتروليتًا مائيًا غير سام يشبه بطاريات الرصاص الحمضية. يسمح هذا النهج باستخدام طرق إعادة التدوير المعمول بها ويسهل إعادة استخدام أنودات الزنك المعدنية في البطاريات الجديدة.
مستقبل تخزين الطاقة
ولتحقيق هدفها المتمثل في الحصول على 90٪ من الطاقة المتجددة بحلول عام 2030، يجب على كندا استكشاف بدائل لبطاريات الليثيوم أيون لإزالة الكربون من قطاع الطاقة بشكل فعال. إن الاستفادة من التكلفة والوفرة وفوائد السلامة لبطاريات الزنك أيون يمكن أن تسرع من تكامل طاقة الرياح والطاقة الشمسية في جميع أنحاء البلاد. علاوة على ذلك، تمثل بطاريات الزنك أيون فرصة لكندا لترسيخ مكانتها كشركة رائدة في مجال صناعة البطاريات في سوق البطاريات سريعة التوسع.
تساهم المؤسسات والشركات البحثية الكندية، مثل جامعة ماكماستر وشركة سالينت إنيرجي ومقرها دارتموث، بنشاط في تطوير تكنولوجيا بطاريات الزنك أيون. ومن خلال جهودهم، يمكن أن يصبح اعتماد بطاريات الزنك أيون على نطاق واسع في كندا وفي جميع أنحاء العالم حقيقة واقعة خلال السنوات القليلة القادمة.
ختاماً، يتوقف الانتقال إلى مستقبل الطاقة المتجددة والمستدامة على إيجاد حلول مبتكرة لتحديات تخزين الطاقة. تحمل بطاريات الزنك أيون وعدًا هائلاً كبديل أكثر أمانًا وفعالية من حيث التكلفةِ والأثر البيئي مقارنة ببطاريات الليثيوم-أيون لتخزين الطاقة على نطاق الشبكة. وبينما تعمل دول مثل كندا على تحقيق أهداف طموحة لإزالة الكربون، فإن تبني تكنولوجيا بطاريات الزنك أيون يمكن أن يكون خطوة محورية في الدخول في عصر أكثر خضرة واستدامة لشبكات الطاقة العالمية.
المصدر: theconversation.com
الصورة من عمل:
Jeroen van de Water on Unsplash
WangXiNa on Freepik
Kumpan Electric on Unsplash
