چاپ

خبر یزد - ایسنا /چین باتری‌هایی ساخته است که برخلاف سلول‌های لیتیوم یونی به جای فلزات کمیاب به فیزیک پایه متکی هستند.
با تسریع حرکت جهان به سمت انرژی‌های تجدیدپذیر، ذخیره الکتریسیته تولید شده توسط منابع تجدیدپذیر همچون خورشید و باد به امری ضروری‌تر تبدیل می‌شود. تولید برق اغلب با غروب خورشید یا کاهش وزش باد کاهش می‌یابد. در عین حال، تقاضا می‌تواند به طور غیرمنتظره‌ای افزایش یابد و فشاری را بر شبکه‌های الکتریکی وارد کند.
به نقل از آی‌ای، اینجاست که باتری‌های گرانشی وارد عمل می‌شوند. این فناوری‌ از یکی از ساده‌ترین نیروها در طبیعت یعنی جاذبه برای ذخیره مقادیر زیادی انرژی استفاده می‌کند. این رویکرد که اکنون در اشکال مختلف در سراسر جهان آزمایش می‌شود، نوید ارائه جایگزینی پاک‌تر، بادوام‌تر و انعطاف پذیرتر از نظر ژئوپلیتیک را برای باتری‌های لیتیوم یون می‌دهد. در ادامه آن چه که باید در مورد این فناوری، دوام آن و برخی پروژه‌های پیشگام که به دنبال اثبات آن در مقیاس بزرگ هستند بدانید، شرح خواهیم داد.
نیاز فوری به ذخیره عظیم انرژی
منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشید و باد می‌توانند مقادیر زیادی انرژی را تامین کنند، با این حال خروجی‌های آنها متغیر است. زمانی که خورشید نمی‌تابد و باد نمی‌وزد ممکن است تولید به صفر برسد. علاوه بر این، جهش وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) نشان دهنده آینده‌ای است که در آن تقاضای نیروی برق می‌تواند سر به فلک بکشد.
گسترش سریع کاربردهای هوش مصنوعی (AI) که به قدرت محاسباتی عظیمی نیاز دارد، نیاز به انرژی پایدار و قابل اعتماد را افزایش می‌دهد. از این رو، ذخیره انرژی در مقیاس بزرگ برای اطمینان از در دسترس بودن برق در هر زمانی که نیاز باشد ضروری است.
یکی از راه حل‌های مورد علاقه مردم تا به امروز باتری‌های لیتیوم یونی بوده‌اند. اگرچه فناوری لیتیوم یون گسترده است و نسبتا به خوبی شناخته شده اما با مشکلاتی همراه است. استخراج لیتیوم و برخی عناصر کمیاب از زمین می‌تواند از نظر زیست محیطی و اجتماعی مضر باشد.
باتری‌ها با گذشت زمان تخریب می‌شوند و ظرفیت خود را از دست می‌دهند و در بازیافت آنها نیز چالش‌هایی وجود دارد. چین در حال حاضر حدود 72 درصد از بازار لیتیوم یون را کنترل می‌کند. این عوامل بسیاری از دولت‌ها و شرکت‌ها را وادار می‌کند تا به دنبال جایگزین‌هایی باشند که می‌توانند بدون اتکا به مواد معدنی عمل کنند.
باتری‌های گرانشی چگونه کار می‌کنند؟
یک باتری گرانشی، در هسته خود، از انرژی پتانسیل استفاده می‌کند. هر زمان که جرمی را بلند می‌کنید، خواه یک بلوک بزرگ باشد یا حجمی از آب، انرژی در آن جرم ذخیره می‌شود. انرژی پتانسیل نوعی از انرژی است که در یک سامانه به‌صورت نهفته وجود دارد و قابل تبدیل به انرژی جنبشی است.
به وجود دلیل گرانش، انرژی تا زمان سقوط جسم در آن ذخیره می‌شود. این انرژی جنبشی را می‌توان با استفاده از یک ژنراتور یا توربین به الکتریسیته تبدیل کرد.
برخلاف انرژی شیمیایی در باتری‌ها که در طی چرخه‌های مکرر تخریب می‌شود، انرژی پتانسیل گرانشی با گذشت زمان از بین نمی‌رود. تا زمانی که قطعات مکانیکی عملکرد خود را داشته باشند، انرژی ذخیره شده می‌تواند در صورت نیاز آزاد شود. از سوی دیگر، باتری‌های گرانشی را می‌توان به روش‌های انعطاف‌پذیرتری ساخت، که عمدتا با ارتفاع موجود برای بالا بردن و کاهش جرم محدود می‌شود.
باتری های گرانشی مفهوم کاملا جدیدی نیستند. در ذخیره‌سازی هیدروالکتریک، یک فناوری قدیمی، آب با استفاده از نیروی مازاد از یک مخزن پایین‌تر به مخزن بالاتر برده می‌شد، سپس آزاد می‌شد تا در صورت نیاز برق تولید کند. با این وجود، آب پمپاژ شده به ویژگی‌های جغرافیایی خاصی نیاز داشت: حوضه‌های آبی بزرگ در ارتفاعات بسیار متفاوت و ساخت سدهای جدید که به دلیل نگرانی‌های زیست محیطی، اجتماعی و تنوع زیستی می‌تواند بحث برانگیز باشد.
باتری‌های گرانشی از بلوک‌های جامد استفاده می‌کنند و با بی‌نیازی به آب یا زمین‌های کوهستانی، این چالش‌ها را دور می‌زنند.
چالش‌ها و محدودیت‌های عملی
با وجود وعده باتری‌های گرانشی، آنها یک راه حل جهانی نیستند. برای ذخیره انرژی در مقیاس شخصی یا خانگی، فیزیک باعث می‌شود که سیستم‌های گرانشی کوچک‌تر ناکارآمد باشند.
اشکال اصلی ذخیره‌سازی گرانشی هزینه اولیه قابل توجه آن است. حتی اگر هزینه‌های عملیاتی مادام‌العمر آن از باتری‌های لیتیوم یونی کمتر باشد، متقاعد کردن سرمایه‌گذاران برای تعهد به پروژه‌ای با سرمایه بالا همیشه آسان نیست.
علاوه بر این، سایش فیزیکی اجزای مکانیکی مانند کابل‌ها، قرقره‌ها یا بالابرها می‌تواند در طول چندین دهه کارکرد، نگران کننده باشد. با این حال، طرفداران این باتری‌های گرانشی به این نکته اشاره دارند که تعمیر و نگهداری منظم باتری‌های گرانشی در مقایسه با چالش‌های بازیافت باتری‌های شیمیایی ساده‌تر است.
یکی دیگر از موانع، املاک و مستغلات است. در حالی که سیستم‌های ذخیره گرانشی لزوما به دریاچه‌های کوهستانی خوش منظره نیاز ندارند، آنها به ساختارهای بلند یا شفت‌های عمیق نیاز دارند. مناطق شهری ممکن است از ساختن برج‌های عظیم خودداری کنند.
محدودیت‌های باتری‌های لیتیوم یونی و چشم‌انداز انرژی در حال تغییر
باتری‌های لیتیوم یونی هنوز در کاربردهای خاصی مزایایی دارند. آنها را می‌توان به سرعت در بسیاری از فصاها نصب کرد و به ساختارهای تخصصی نیاز ندارد. با این حال، پیچیدگی‌های زنجیره تامین، نگرانی‌ها در مورد ایمنی و اثرات زیست‌محیطی آن‌ها، ذخیره‌سازی این نوع باتری‌ها را در مقیاس بزرگ و برای طولانی مدت به گزینه‌ای ایده‌آل تبدیل نمی‌کند.
اگر باتری‌های گرانشی بتوانند بر موانع سرمایه‌گذاری اولیه خود غلبه کنند، می‌توانند به شرکت‌ها کمک کنند تا با نوسان قیمت‌های لیتیوم مقابله کنند.
رو به جلو: آینده انرژی متعادل
هیچ فناوری ذخیره‌سازی واحدی نمی‌تواند پیچیدگی‌های شبکه‌های مدرن را حل کند. در عوض، کارشناسان ترکیبی از راه حل‌ها را پیشنهاد می‌کنند که برخی بزرگ و ثابت و برخی دیگر کوچک و قابل حمل هستند. باتری‌های گرانشی، سیستم‌های هیدرولیک، سیستم‌های لیتیوم یون، سلول‌های سوختی هیدروژنی و ذخیره‌سازی حرارتی همگی می‌توانند در کنار هم وجود داشته باشند، که هرکدام نقش خود را ایفا کنند.
در حالی که این فناوری هنوز در حال رشد است، باتری‌های گرانشی ممکن است به دلیل دوام، مقیاس پذیری و نیاز کم‌تر به مواد کمیاب مورد توجه قرار بگیرند. با گذشت زمان، اگر باتری‌های گرانشی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه و قوی باشند، می‌توانند به ستون‌های اصلی شرکت‌هایی تبدیل شوند که به دنبال متعادل کردن جریان‌های انرژی تجدیدپذیر هستند. چنین سیستمی برای زمین به معنای انتشار کمتر گازهای گلخانه‌ای، کاهش اتکا به منابع محدود و گامی نزدیک‌تر به سوی انرژی پاک‌تر و انعطاف‌پذیرتر در آینده است.