في حين أن هناك العديد من الطرق التي تسبب بها النشاط البشري في تغير المناخ، مصادر توليد الكهرباء العالمية هي من بين الأسباب الرئيسية. على الرغم من الزيادات الطفيفة في إمدادات طاقة الرياح والطاقة الشمسيةومع ذلك، فإننا لم نصل بعد إلى النقطة التي نستطيع فيها إزاحة الوقود الأحفوري الراسخ في مزيج الطاقة في العديد من البلدان.

ولكن لماذا لا يزال هذا هو الحال؟

وبما أن المصادر المتجددة توفر إمدادات متقطعة من الطاقة، فإننا نحتاج أيضًا إلى طريقة لتخزين هذه الطاقة لتلبية طلب الشبكة عندما لا تكون الشمس مشرقة، أو عندما لا تهب الرياح. ويشكل هذا تحديًا كبيرًا، حيث يتطلب التحول إلى الطاقة المتجددة أيضًا إنشاء أنظمة تخزين طاقة طويلة الأمد وآمنة وبأسعار معقولة. وعلى هذا النحو، فإن العثور على بطارية رخيصة وآمنة وبديلة للليثيوم هو المفتاح لنقل الإبرة إلى قطاع الطاقة المتجددة بالكامل.

ما وراء بطاريات الليثيوم أيون

كما هو الحال مع السيارات الكهربائية، أصبحت بطاريات الليثيوم أيون خيارًا شائعًا للشبكة، لأنها توفر كثافة طاقة عالية وحلاً معياريًا لتخزين الطاقة. لكن استخدام بطاريات الليثيوم أيون جلب أيضًا تحدياته الخاصة مثل ارتفاع تكلفة المواد، وخطر الحريق والانفجار، ونقص ممارسات إعادة التدوير، مما يحد من اعتماد بطاريات الليثيوم أيون على نطاق واسع للشبكة.

أحد الخيارات الواعدة بشكل لا يصدق لاستبدال الليثيوم لتخزين الطاقة على نطاق الشبكة هو بطارية أيون الزنك القابلة لإعادة الشحن. ظهرت فقط خلال السنوات العشر الماضيةتوفر بطاريات أيون الزنك العديد من المزايا مقارنة بالليثيوم. وتشمل هذه تكاليف المواد الرخيصة، وزيادة السلامة، وخيارات إعادة التدوير الأسهل.

ومع إمكانية تخزين الطاقة على نطاق الشبكة بتكلفة أرخص بكثير - ومستويات أعلى من السلامة - فإن التسويق الواسع النطاق لبطاريات أيونات الزنك يمكن أن يكون على وجه التحديد ما هو مطلوب لدمج مصادر الطاقة المتجددة في البنية التحتية للطاقة في كندا وبلدان أخرى.

تكلفة البطارية

لكي تصل كندا إلى أهداف إزالة الكربون المحددة في كندا قانون المساءلة عن الانبعاثات الصفرية, بما في ذلك شبكة تعمل بنسبة 90 في المائة من الكهرباء المتجددةسيكون نشر بطاريات أيون الزنك أمرًا بالغ الأهمية.

وقد أظهرت الدراسات أنه لكي تصبح مصادر الطاقة المتجددة مصدراً لـ 90 إلى 95 في المائة من إجمالي الكهرباء، يجب أن تكون تكلفة تخزين الطاقة أقل من 150 دولارًا أمريكيًا/كيلوواط ساعة. أنظمة الليثيوم أيون الحديثة هي لا يزال يجلس حوالي 350 دولارًا أمريكيًا / كيلووات في الساعة. ويرجع ذلك جزئيًا إلى ارتفاع تكاليف التصنيع واعتمادها على مواد خام باهظة الثمن لتحقيق كثافة الطاقة العالية اللازمة السيارات الكهربائية الحديثة.

ومن ناحية أخرى، يمكن لبطاريات أيون الزنك حل مشكلات التكلفة والوفرة. إن استخدام مواد وفيرة وغير مكلفة مثل الزنك والمنغنيز لا يجعلها أرخص في الإنتاج فحسب، بل يقلل من المخاطر الناجمة عن اضطرابات سلسلة التوريد أو نقص المواد التي تؤثر على مواد أيونات الليثيوم مثل الليثيوم و الكوبالت.

• الإنتاج السنوي من الزنك عالميا هو أكثر من 100 مرة من الليثيوم. ناهيك عن ذلك من المتوقع أن يفوق الطلب على الليثيوم والكوبالت العرض خلال العقد المقبل.

يعتبر الزنك خيارًا أكثر أمانًا

بدافع معايير السلامة الصارمة يتم إنشاؤها للبطاريات المستخدمة في المنازل أو المصانع أو داخل الشبكة الكهربائية، فالسلامة هي المفتاح لجعل الجمهور يتقبلها. وبهذه الطريقة، توفر بطاريات أيون الزنك ميزة إضافية.

• المنحل بالكهرباء القائم على المذيبات القابلة للاشتعال والسامة لبطاريات الليثيوم أيون يتم استبداله ببديل مائي، مما يزيل خطر الحريق والانفجار.

وعلى العكس من ذلك، يمكن أن يكون التخلص الآمن من بطاريات الليثيوم أيون مهمة صعبة أيضًا، لأنها تحتوي على مركبات سامة. إن إعادة تدوير هذه البطاريات غير مجدية اقتصاديًا حاليًا بسبب ارتفاع تكاليفها مما يؤدي إلى وصول أعداد كبيرة من الخلايا المستهلكة إلى مدافن النفايات.

لحسن الحظ، تعمل بطاريات أيونات الزنك على تبسيط علاج نهاية العمر. إن الإلكتروليت المائي غير السام المستخدم في بطاريات أيون الزنك يعني ذلك طرق راسخة مثل تلك المستخدمة للتخلص من بطاريات الرصاص الحمضية ممكن استخدامه. كما يمكن إعادة استخدام أنود الزنك المعدني بسهولة في البطاريات الجديدة.

مستقبل تخزين الطاقة

وللوصول إلى هدفها المتمثل في الحصول على 90 في المائة من الطاقة المتجددة بحلول عام 2030، يجب على كندا أن تبحث عن بدائل لبطاريات الليثيوم أيون لتمكين إزالة الكربون من قطاع الطاقة لديها. ومن خلال الاستفادة من تكلفة بطاريات أيون الزنك ووفرتها وفوائد السلامة فيها، تستطيع كندا تسريع عملية دمج طاقة الرياح والطاقة الشمسية في جميع أنحاء البلاد.

تدعم بطاريات أيون الزنك أهداف إزالة الكربون في كندا وتثبت أنها فرصة للاستفادة من سوق البطاريات سريع التوسع. في حين أن بطاريات أيون الزنك تعد تقنية جديدة نسبيًا، إلا أنه لا يمكن التقليل من قدرتها على دعم تخزين الطاقة على نطاق الشبكة داخل كندا وفي جميع أنحاء العالم.

بمساعدة البحث والتصنيع الكندي، بما في ذلك الجهود المبذولة من جامعة ماكماستر ودارتموث، ومقرها NS شركة سالينت للطاقةمن الممكن أن يصبح دمج بطاريات أيون الزنك حقيقة واقعة خلال السنوات القليلة القادمة، مما يجعل كندا رائدة في الصناعة.

نبذة عن الكاتب

العاصفة ويليام دي جورلي، مرشح دكتوراه، الهندسة الكيميائية، جامعة ماكماستر و درو هيجنز, أستاذ مساعد بقسم الهندسة الكيميائية, جامعة ماكماستر

يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. إقرأ ال المقال الأصلي.