بديل اقتصادي لبطاريات الليثيوم.. الرمال تقود ثورة التخزين الحراري

وتعتمد التقنية على تسخين الرمال بالكهرباء الفائضة من طاقة الرياح والشمس، ثم الاحتفاظ بالحرارة داخل خزانات معزولة، لتوفير مصدر للطاقة الحرارية عند ارتفاع الطلب أو تراجع إنتاج الكهرباء المتجددة.

ومن أبرز التطبيقات العملية لهذه التقنية مشروع لشركة "Polar Night Energy"، تنفذه لصالح شركة الطاقة "Lahti Energia" في مدينة فاكسوي الفنلندية، باستخدام 2400 طن من الرمال، وبقدرة حرارية تبلغ 2 ميغاواط وسعة تخزين تصل إلى 250 ميغاواط/ساعة.

ومن المقرر أن تصبح المنشأة، عند اكتمالها في صيف 2027، الأكبر من نوعها عالمياً في تخزين الحرارة باستخدام الرمال، مع استهداف خفض 80% من استهلاك الغاز الطبيعي في شبكة التدفئة المحلية.

منافس جديد في سوق البطاريات.. الصوديوم يزاحم الليثيوم على استثمارات الطاقة - موقع 24تسجل بطاريات أيونات الصوديوم حضوراً قوياً في سوق الطاقة العالمية، نظراً لانتقالها المباشر من المختبرات والتطبيقات المحدودة إلى التصنيع التجاري وعقد اتفاقيات توريد بأحجام كبيرة، مع دخولها أسواقاً جديدة تشمل السيارات الكهربائية وأنظمة تخزين الكهرباء.

كيف تتحول الرمال إلى مخزن للطاقة؟

تبدأ عملية التخزين بتشغيل عناصر تسخين كهربائية ترفع درجة حرارة الهواء، ثم يمر الهواء الساخن عبر شبكة من الأنابيب داخل خزان مملوء بالرمال، ناقلاً إليها الحرارة التي تحتفظ بها بفضل خصائصها الحرارية وطبقات العزل المحيطة بالخزان. ويمكن أن تصل درجات حرارة الرمال إلى 600 درجة مئوية، بحسب نوع المادة وتصميم النظام.

وعند الحاجة إلى الحرارة، يمرر النظام هواءً بارداً عبر الرمال الساخنة لاستعادة الطاقة الحرارية، ثم ينقلها من خلال مبادل حراري إلى المياه المستخدمة في شبكات التدفئة، أو إلى المعدات الصناعية التي تحتاج إلى الهواء الساخن والبخار.

وتستفيد التقنية من توافر الرمال وانخفاض تكلفتها وقدرتها على تحمل درجات الحرارة المرتفعة، فضلاً عن إمكانية تخزين كميات كبيرة من الحرارة دون الاعتماد على تفاعلات كيميائية معقدة، كما يحدث في بعض أنواع البطاريات التقليدية.

وبخلاف شبكات التدفئة، يمكن توظيف الحرارة المخزنة من بطاريات الرمل في قطاعات صناعية تحتاج إلى إمدادات مستمرة، مثل الصناعات الغذائية والورق والمنسوجات والكيماويات، التي تستخدم كميات كبيرة من الغاز والوقود لتشغيل معدات التسخين والتجفيف وإنتاج البخار.

كما توفر التقنية للمصانع فرصة لتخزين الكهرباء منخفضة التكلفة في صورة حرارة، واستخدامها لاحقاً بدلاً من الغاز والوقود الأحفوري، خاصة خلال فترات ارتفاع الطلب على الطاقة.

هل تنافس بطاريات الليثيوم؟

رغم إمكاناتها في تخزين كميات كبيرة من الطاقة بكلفة أقل للمواد المستخدمة، لا تمثل بطاريات الرمل بديلاً كاملاً لبطاريات الليثيوم، نظراً لاختلاف الوظيفة الأساسية لكل منهما؛ فبطاريات الليثيوم تخزن الكهرباء وتعيد إطلاقها لتشغيل الأجهزة أو تغذية الشبكات، بينما تخزن بطاريات الرمل الطاقة في صورة حرارة، وتكون أكثر ملاءمة للتدفئة والعمليات الصناعية التي تحتاج إلى درجات حرارة مرتفعة.

كما أن تحويل الحرارة المخزنة مجدداً إلى كهرباء يتطلب معدات إضافية، مثل المبادلات الحرارية والتوربينات، ويؤدي إلى فقدان جزء من الطاقة، فضلاً عن أن انخفاض التوصيل الحراري للرمال يفرض تحديات في توزيع الحرارة واستعادتها بكفاءة.

وتتوقف الجدوى الاقتصادية لهذه المشروعات على توافر الكهرباء منخفضة الكلفة، ووجود مستهلكين قريبين للحرارة المخزنة، سواء شبكات تدفئة أو منشآت صناعية.