كشف علمي يبشر بتغيير مسار الطاقة الجديدة.. استخدام الحديد لتخزين ونقل الطاقة بكفاءة
إن اكتساب الطاقة المستدامة من الرياح والطاقة الشمسية والمياه معروف ومطبق بشكل شائع، ومع ذلك، تعتمد المصادر المتجددة على الظروف البيئية.
في أوقات الذروة للرياح والشمس، يتم إنتاج الطاقة الزائدة اللازمة في أوقات انخفاض الرياح والشمس.
ولكن كيف يتم تخزين ونقل هذه الطاقة الزائدة بكفاءة؟
حتى الآن، لم يتم العثور على طريقة موثوقة وآمنة ورخيصة لتخزين كمية كبيرة من الطاقة في حاوية صغيرة الحجم.
مؤخرا قام علماء من جامعة آيندهوفن للتكنولوجيا، بتحليل كيفية استخدام المعادن، وخاصة الحديد، لتخزين الطاقة، وما هي المعلمات التي تحدد كفاءة التخزين وإعادة الاستخدام.
إحداث عملية اختزال واحتراق دائرية
البحث الجديد الذي تم نشر نتائجه التي توصلوا إليها مؤخرًا في مجلة Acta Materialia .
حيث قالت الدكتورة Laurine Choisez ، التي أنهت مؤخرًا أبحاثها بعد الدكتوراه في MPIE، وهي المؤلف الأول للنشر، منها “تخزين الطاقة في المعادن وحرقها لتحرير الطاقة عند الحاجة هي طريقة مطبقة بالفعل في تكنولوجيا الطيران، كان هدفنا هو فهم ما يحدث بالضبط على المقياس الدقيق والنانوي أثناء اختزال الحديد واحتراقه.
وكيف يؤثر تطور البنية المجهرية كفاءة العملية، بالإضافة إلى ذلك، أردنا أن نجد كيفية جعل هذه العملية دائرية دون خسائر في الطاقة أو المواد “.
عندما يتم تحويل خامات الحديد إلى حديد، يتم تخزين الكثير من الطاقة بشكل طبيعي في الحديد المختزل، الفكرة هي إخراج هذه الطاقة من الحديد كلما دعت الحاجة عن طريق أكسدة الحديد مرة أخرى إلى أكسيد الحديد، في أوقات الطاقة الزائدة من الرياح أو الشمس أو الماء، يمكن أن يتحول خام الحديد هذا مرة أخرى إلى الحديد والطاقة المخزنة.
يتحدث العلماء عن الاحتراق عند وصف “الحرق”، أي الأكسدة، للحديد الذي يعود إلى خام الحديد، ركزت تشويز وزملاؤها في MPIE على توصيف مساحيق الحديد بعد الاختزال والاحتراق باستخدام طرق المجهر والمحاكاة المتقدمة لتحليل نقاء المسحوق والتشكل والمسامية والديناميكا الحرارية لعملية الاحتراق.
تعتبر البنية المجهرية التي تم الحصول عليها لمساحيق الحديد المحترق حاسمة لكفاءة عملية الاختزال التالية، ولتحديد ما إذا كانت عملية الاختزال والاحتراق دائرية بالكامل، مما يعني أنه لا يلزم إضافة طاقة أو مواد إضافية.
الارتقاء للاستخدام الصناعي
قدم العلماء مسارين للاحتراق، أحدهما مدعوم بلهب طيار البروبان، والآخر مكتفي ذاتيًا يكون الوقود الوحيد المستخدم فيه هو مسحوق الحديد، ويوضحون كيف يؤثر مسار الاحتراق على البنية المجهرية للحديد المحترق.
يوضح نايك فان روايج، باحث الدكتوراه في مجموعة Combustion Technology في جامعة Eindhoven للتكنولوجيا: “إننا نعمل حاليًا على رفع مستوى خطوات الاختزال والاحتراق إلى المستوى الصناعي ذي الصلة بتحديد المعلمات الدقيقة مثل درجة الحرارة وحجم الجسيمات المطلوبة”، وشارك في تأليف المنشور.
أظهرت الدراسة الحديثة، أن استخدام المعادن لتخزين الطاقة أمر ممكن، ستحلل الدراسات المستقبلية الآن كيفية زيادة دائرية العملية، حيث يتم تقليل حجم بعض الجسيمات المحترقة مقارنة بحجمها الأصلي بسبب التبخر الجزئي للحديد والانفجارات الدقيقة و/ أو كسر بعض جزيئات أكسيد الحديد.
