البطاريات الحرارية: هل تكون البديل النظيف والمستدام لبطاريات الليثيوم أيون؟

لقد تمحور النقاش حول البطاريات الكهربائية منذ فترة طويلة حول بطاريات الليثيوم أيون، التي تستخدم موارد الليثيوم في تطويرها. يعتمد طرح هذه البطاريات على نطاق واسع على تطوير مشاريع التعدين الواسعة للحصول على الليثيوم والمعادن الأخرى اللازمة لإنتاجها.

ونظرًا للقيود المفروضة على هذه الأنواع من البطاريات، فقد قام العلماء باستكشاف مدى جدوى المواد البديلة لبناء البطاريات لزيادة عدد خيارات تخزين الطاقة. وبينما تقوم بعض الشركات باختبار بطاريات الجاذبية، تقوم شركات أخرى بتقييم إمكانات البطاريات الحرارية.

ولا تزال صناعة البطاريات الحرارية في مرحلة التطوير الأولى، ولكنها تحظى باهتمام متزايد، حيث تبحث الحكومات والشركات في جميع أنحاء العالم عن حلول خضراء بديلة. تعمل هذه البطاريات عن طريق تسخين مادة لتخزين الطاقة الحرارية، والتي يمكن تحويلها إلى حرارة أو كهرباء. يمكن تخزين الطاقة من المصادر المتجددة، مثل مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، لاستخدامها عندما لا يتم إنتاج الطاقة في الموقع، لضمان تدفق مستقر للكهرباء إلى الشبكة.

ووفقًا لشركة Pitchbook Venture Capital، شهدت الشركات الناشئة في مجال البطاريات الحرارية زيادة كبيرة في متوسط تقييمها بعد المال خلال العام الماضي، فضلاً عن النمو في استثمار رأس المال. وفي الولايات المتحدة، ساعد هذا التمويل الحكومي الأكبر في مجال التكنولوجيا النظيفة، بدعم من الإعفاءات الضريبية وغيرها من الحوافز المالية المقدمة لمستثمري القطاع الخاص. تعد شركة Antora Energy وشركة فورث باور ومالطا من اللاعبين الرئيسيين في الصناعة الأمريكية في الوقت الحاضر.

وتقوم إحدى الشركات النرويجية، وهي مجموعة كيوتو، بتطوير تقنية Heatcube الخاصة بها، والتي تستخدم خزانات عمودية مملوءة بالملح. وتقوم الشركة بتركيب هذه الخزانات في المواقع التي تحتاج إلى الحرارة، وشحنها بالكهرباء. يمكن للخزانات الاحتفاظ بالحرارة عند درجات حرارة تصل إلى 500 درجة مئوية. وأوضح الرئيس التنفيذي لشركة كيوتو، بياركي بوشبيرغ، أنه “مع كل هذه الإثارة حول تكنولوجيا البطاريات للسيارات الكهربائية، نسي الناس الطلب الهائل على الحرارة للصناعات التي لا يمكن إنتاجها من البطاريات الكهربائية. الحرارة الصناعية مشكلة كبيرة، ولا يمكننا أن نتجاهلها.

وقد تم استخدام تكنولوجيا مماثلة لأكثر من عقد من الزمن في إسبانيا. وتستخدم شركة إيبيردرولا الإسبانية الملح المنصهر لتخزين الحرارة التي يمكن تفريغها عند غروب الشمس لإنتاج البخار، والذي يمكن تحويله إلى كهرباء بين عشية وضحاها. وتستخدم مالطا، ومقرها ماساتشوستس، الملح أيضًا لتخزين الحرارة. وتعتقد الشركة أن تكنولوجيا البطاريات الحرارية يمكن أن تكمل الأشكال الأخرى لتخزين الطاقة، بدلاً من استبدالها، لدعم التحول الأخضر.

وتتمثل فائدة استخدام الملح في أنه متاح على نطاق واسع وسهل استخراجه. الملح جيد في تخزين الحرارة ولا ينتج عنه منتجات ثانوية سامة. ويُعتقد أيضًا أنه يمكن إعادة شحن خزانات الملح آلاف المرات لمدة تصل إلى 40 عامًا، أي حوالي ثلاث مرات أطول من حلول التخزين الأخرى الموجودة. يعتقد الدكتور روبرت بارثورب من جامعة شيفيلد أن "الملح المصهور سيكون جزءًا مهمًا من مزيج الطاقة. إنها تقنية رائعة، توفر درجات حرارة عالية على المستوى الصناعي.

ومع ذلك، الملح ليس المادة الوحيدة المستخدمة لتخزين الحرارة. وتستخدم إحدى الشركات في كاليفورنيا، وهي شركة روندو، الطوب لتخزين الطاقة، والتي تقول إنها تكلف حوالي نصف كمية الهيدروجين الأخضر أو البطاريات الكيميائية. يمكن تسخين الطوب إلى درجات حرارة عالية للغاية تصل إلى 1500 درجة مئوية ويمكنه تخزين الطاقة الحرارية لعدة أيام مع فقدان أقل من واحد بالمائة يوميًا.

وأكد تقرير لشركة ماكينزي لعام 2022 على مزايا التخزين الحراري. وقدرت أن إنتاج حرارة البخار من الهيدروجين سيكلف ما بين 65 إلى 100 دولار لكل ميجاوات في الساعة، ونحو 45 إلى 55 دولارًا للغاز مع تكنولوجيا احتجاز الكربون وتخزينه، ولكن من 15 إلى 25 دولارًا فقط لمضخة حرارية تستخدم التخزين الحراري. وبالتالي يمكن لتكنولوجيا التخزين الحراري أن تقلل بشكل كبير من فواتير الطاقة الاستهلاكية عندما تصبح متاحة على نطاق أوسع.

وفي المملكة المتحدة، أولت الحكومة اهتمامًا أكبر بإمكانيات البطاريات الحرارية في السنوات الأخيرة، حيث استثمرت 9.25 مليون جنيه إسترليني في تجربة البطارية الحرارية بواسطة شركة Sunamp في عام 2022. وخططت الشركة لاستخدام الأموال لتجربة الأولى من نوعها. تكنولوجيا البطاريات الحرارية في 100 منزل في جميع أنحاء البلاد. وتأمل شركة Sunamp أن يحل نظامها محل الغلايات التي تعمل بالوقود الأحفوري بمضخة حرارية ومخزن حراري، مما يوفر التدفئة والماء الساخن. سيأتي مدخلات الطاقة بشكل رئيسي من طاقة الرياح خارج الموقع.

وتستكشف شركات أخرى في المملكة المتحدة إمكانية تخزين طاقة الهواء المضغوط والهواء السائل فائق التبريد. وفي الوقت نفسه، تقوم شركة EnergyNest النرويجية بتسخين الخرسانة المصنعة خصيصًا، وتقوم شركة Lumenion، وهي شركة ألمانية، بتخزين طاقة حرارية تصل إلى 650 درجة مئوية في وحدات فولاذية. وهذا يدل على الإمكانات الكبيرة لتخزين الطاقة الحرارية. ومن المرجح أن تؤدي زيادة الاستثمار في هذا القطاع إلى تحفيز المزيد من الابتكارات وتؤدي إلى تعميم التكنولوجيا على نطاق عالمي على نطاق أوسع في السنوات المقبلة.