(سولاريس) مشروع الطاقة الشمسية من الفضاء.. خطة الاتحاد الأوروبي لحل دائم لأزمة الطاقة
نوفمبر المقبل يناقش وزراء العلوم الأوروبيين أولويات وكالة الفضاء ومدى جدوى بناء محطات طاقة تجارية"سولاريس"
كتبت : حبيبة جمال
في أواخر نوفمبر، سيعقد اجتماع رفيع المستوى لوزراء العلوم الأوروبيين في باريس. تتمثل مهمتهم في تحديد الأولويات التالية لوكالة الفضاء الأوروبية (Esa)، التي لا تزال المملكة المتحدة عضوًا فيها، وأحد العناصر المدرجة في قائمتهم للنظر فيها هو اقتراح لاختبار جدوى بناء محطات طاقة تجارية في المدار.
ستتمتع هذه الأقمار الصناعية الضخمة بأشعة الشمس وتحولها إلى طاقة وتنقلها إلى الأرض لتغذى في شبكة الطاقة، سيحدد المشروع المقترح، المعروف باسم سولاريس، ما إذا كانت الفكرة يمكن أن تساهم في أمن الطاقة المستقبلي في أوروبا – أو ما إذا كانت كلها لا تزال في السماء.
العودة الى الفضاء
إذا حصلت الدراسة على الضوء الأخضر ، فسيكون مثل العودة إلى الوطن لصناعة الفضاء ، التي كانت دائمًا في طليعة تطوير الطاقة الشمسية. بعد عام من إطلاق الروس سبوتنيك 1 الذي يعمل بالبطارية في عام 1957 ، أطلق الأمريكيون فانجارد 1. كان هذا هو رابع قمر صناعي في المدار وأول من يولد طاقته باستخدام الطاقة الشمسية.
منذ ذلك الوقت ، أصبحت الألواح الشمسية هي الطريقة الأساسية لتشغيل المركبات الفضائية، مما ساعد في دفع عجلة البحث. حولت الخلايا الشمسية Vanguard 1 ٪9 فقط من ضوء الشمس الملتقط إلى كهرباء، اليوم ، تضاعفت الكفاءة أكثر من الضعف ، وتستمر في الزيادة، في حين أن تكلفة التصنيع آخذة في الانخفاض. إنها صيغة رابحة.
الطاقة الشمسية الآن أرخص وسيلة لتوليد الكهرباء في الشرق الأوسط وأستراليا
يقول يوشين لاتز ، الشريك في شركة ماكينزي آند كومباني للاستشارات الإدارية: “كانت تكلفة الطاقة الشمسية تتناقص بسرعة على مدار العشرين عامًا الماضية، وأسرع مما توقعه معظم اللاعبين في الصناعة”، لدرجة أنه في الشرق الأوسط وأستراليا، تعد الطاقة الشمسية الآن أرخص وسيلة لتوليد الكهرباء. وفقًا لـ Latz ، مع استمرار تطور التكنولوجيا ، سيصبح هذا صحيحًا في بلدان خطوط العرض الوسطى أيضًا.
40 % من طاقة أوروبا من الطاقة الشمسية2050
يقول لاتز: “في عام 2050، نتوقع أن يأتي أكثر من 40٪ من الطاقة في الاتحاد الأوروبي من الطاقة الشمسية – إذا حققت الدول أهدافها الملتزمة”، من شأن ذلك أن يجعل الطاقة الشمسية أكبر مصدر طاقة مساهم في الاتحاد الأوروبي.
مشاكل واضحة
ومع ذلك، هناك مشاكل واضحة تحتاج إلى حلول إذا أردنا الاستفادة الكاملة من الألواح الشمسية على الأرض، لسبب واحد ، ماذا نفعل في الليل؟
في مايو ، أظهر نيد إكينز-دوكس ، الأستاذ المشارك في كلية الهندسة الكهروضوئية والطاقة المتجددة بجامعة نيو ساوث ويلز بأستراليا، وفريقه من الباحثين ، خلية شمسية يمكنها توليد الكهرباء من انبعاث الأشعة تحت الحمراء بدلاً من انبعاثها من الأشعة تحت الحمراء. امتصاص أشعة الشمس. يعمل هذا بشكل مثالي في الليل لأن الأرض تخزن الطاقة من الشمس على شكل حرارة ، ثم تشعها مرة أخرى في الفضاء كأشعة تحت الحمراء.
يعتمد النموذج الأولي للجهاز على نفس النوع من التكنولوجيا المستخدمة في نظارات الرؤية الليلية، ويمكنه حاليًا توليد بضعة ملي واط فقط من الطاقة، لكن Ekins-Daukes يرى الإمكانات، “هذه هي البداية – إنها أول عرض في العالم للطاقة الإشعاعية الحرارية”، مشيرًا إلى أن الفريق يهدف إلى منتج نهائي “أقوى بـ 10000 مرة”.
مضيفا، عند هذه المستويات ، من الممكن أن يؤدي التثبيت على السطح لمثل هذه الأجهزة ، والذي من المحتمل أن يتم تصنيعه بطريقة ما كطبقة إضافية للألواح الشمسية التقليدية، إلى التقاط طاقة كافية لتشغيل المنزل طوال الليل – أي الحفاظ على الثلاجة وجهاز توجيه wifi وما إلى ذلك، في حين أن هذا يعد توفيرًا متواضعًا لكل أسرة، مضروبًا في عدد سكان البلد، إلا أنه يصبح كبيرًا.
تخزين الطاقة
هناك مشكلة أخرى واضحة تتعلق بالطاقة الشمسية وهي أن بعض الأيام ستكون غائمة، للتخفيف من ذلك ، يجب تخزين الكهرباء الزائدة المتولدة في الأيام المشمسة في بطاريات ولكن سعة التخزين في الوقت الحالي مزعجة، يقول إيدان ماكلين ، الرئيس التنفيذي لشركة UFODrive ، شركة تأجير سيارات كهربائية بالكامل.
للمساعدة في التغلب على هذا النقص ، يؤيد ماكلين مخططًا يسمى مركبة إلى الشبكة – V2G – يستخدم البطارية في سيارة كهربائية (EV) لتخزين الطاقة الزائدة الناتجة عن الألواح الشمسية الموجودة على سطح المنزل ثم نقلها مرة أخرى إلى المنزل عندما مطلوب في المساء ، أو حتى بيعه إلى National Grid في فترات أخرى يرتفع فيها الطلب.
يقول ماكلين: “إذا تم اعتماد V2G على نطاق واسع ، فإن سعة التخزين المتوقعة لجميع المركبات الكهربائية ستتجاوز إلى حد كبير أي متطلبات تخزين متوقعة ستتطلبها الشبكة في المستقبل”، أظهرت تجربة V2G الأخيرة في ميلتون كينز، باكينجها، مشير إلى أن المشاركين وفروا المال وقللوا من انبعاثات الكربون باستخدام نظام شحن “ذكي” يشحن البطاريات عندما كانت مصادر الطاقة المتجددة تولد الكهرباء.
نهج آخر هو استخدام الطاقة الشمسية ليس لتوليد الكهرباء ولكن لإنتاج وقود المركبات المستدام.
طور فيرجيل أندريه من قسم الكيمياء بجامعة كامبريدج وزملاؤه “ورقة اصطناعية” رقيقة تستمد إلهامها من عملية التمثيل الضوئي، في النباتات ، تأخذ عملية التمثيل الضوئي ضوء الشمس والماء وثاني أكسيد الكربون (CO2) وتحولها إلى أكسجين وسكريات.
في الأوراق الاصطناعية ، يكون الناتج غاز تخليقي، أو غاز اصطناعي، يمكن استخدام هذا المزيج من الهيدروجين وأول أكسيد الكربون لإنتاج عدد من الوقود عبر عمليات صناعية مختلفة، بل من الممكن إنتاج البنزين والكيروسين.
كما يقول أندريه،”لقد تصورنا استخدام ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي أو العمليات الصناعية الأخرى وصب ذلك في هذه الأنواع من الأنظمة لتوليد الوقود الأخضر، بدلاً من إطلاق المزيد من ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، لدينا فقط اقتصاد دائري للكربون “، مضيفا في واقع الأمر، فإنهم سيعملون على التخلص من محطات احتجاز الكربون، والتي يتم نشرها حاليًا لتسخير ثاني أكسيد الكربون من العمليات الصناعية، و “إعادة تدويره” إلى وقود مستدام.
صنع الفريق لأول مرة ورقة صناعية في عام 2019، لكنها كانت عبارة عن بناء ضخم من الزجاج والمعدن تم وضعه على سطح طاولة، وأعلن الفريق هذا العام عن نتائج هيكل أصغر شبيه بأوراق الشجر قام الباحثون بطرحه على نهر كام.
تم إغلاق الورقة داخل كيس بلاستيكي شفاف بغاز الماء والماء ثم تركت على النهر لعدة أيام، ثم فتح الفريق الكيس واختبر الغازات الناتجة عن عملية التمثيل الضوئي.
تتكون الأوراق الاصطناعية نفسها من مواد تسمى البيروفسكايت، البيروفسكايت النموذجي هو معدن طبيعي من أكسيد التيتانيوم والكالسيوم – المعروف أيضًا باسم تيتانات الكالسيوم – تم اكتشافه في عام 1839 في جبال الأورال في روسيا بواسطة عالم المعادن الألماني جوستاف روز وسمي على اسم نظيره الروسي ليف بيروفسكي، يمكن أن تحتوي البيروفسكايت الحديثة على مكونات كيميائية مختلفة وقد أظهر البعض أنها يمكن أن تعمل كخلايا شمسية.
يقول أندريه: “هذه المواد جديدة جدًا ومثيرة جدًا”، تظهر الاختبارات المعملية أنها يمكن أن تكون أكثر كفاءة من السيليكون المستخدم في الألواح الشمسية التقليدية، يمكن أن تحل البيروفسكايت محل السيليكون في الألواح الشمسية في المستقبل حيث يمكن تصنيعها بسهولة أكبر وفي طبقات رفيعة ومرنة.
ميزة أخرى هي أن هذه المواد تنتج تيارات وجهد أعلى من نظيراتها من السيليكون، مما يسمح بعمليات أكثر نشاطًا مثل التفاعلات التي تم استخدامها في دراسة الأوراق الاصطناعية.
