تمهّد بطاريات الجاذبية الطريق أمام احتمالية الاستغناء نهائيًا عن بطاريات الليثيوم أيون المستعمَلة على نطاق واسع في العديد من التقنيات النظيفة، بما في ذلك السيارات الكهربائية، وفق متابعات القطاع لدى منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).

وتستغل بطاريات تخزين الكهرباء القائمة على الجاذبية طاقة وضع الجاذبية، وهي الطاقة التي يكتسبها الجسم عند تغيير موضعه على سطح الأرض، ليصبح عند نقطة على ارتفاعٍ ما فوق سطح الأرض.

وانطلاقًا من هذا المبدأ، صنعت شركة صينية بطارية ضخمة طولها 120 مترًا تقريبًا تتألّف من رافعة بها 6 رؤوس وكتل ثقيلة من التربة المضغوطة؛ ويُصمم هذا النظام خصيصًا لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة جاذبية محتملة.

وتلامس سعة النظام المذكور المسمى "إي في إكس" (EVx) 100 ميغاواط/ساعة، ولديه القدرة على تزويد 25 ألف منزل بالكهرباء يوميًا، وتتشابه فكرة عمل بطاريات الجاذبية مع تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ التي تمثّل حاليًا ما يزيد على 90% من سعة تخزين الطاقة في العالم.

وبينما ما تزال التقنية في مرحلة النضج قد تتميّز بطاريات الجاذبية بمتانتها وقابليتها للاستعمال على نطاق واسع، واعتمادها القليل على المواد النادرة؛ ما يجعلها بديلًا مثاليًا لنظيراتها من بطاريات الليثيوم أيون.

تسارع التحول العالمي

بينما يتسارع التحول العالمي نحو الطاقة المتجددة، يصبح تحزين الكهرباء المولدة بتلك المصادر النظيفة ذات الطبيعة المتقطعة، مثل طاقة الشمس والرياح، أكثر إلحاحًا.

وغالبًا ما تهبط إنتاجية الكهرباء عند تراجع السطوع الشمسي أو عند نقص هبوب الرياح.

وفي الوقت نفسه يمكن للطلب أن يرتفع على نحو غير متوقع؛ ما يضع قيودًا على الشبكات الكهربائية التي تواجه بالفعل ضغوطًا ناجمة عن التحول إلى كهربة جميع جوانب قطاعات الاقتصاد، لا سيما السيارات الكهربائية، وانتشار مراكز البيانات المعتمدة على الذكاء الاصطناعي.

ومن الممكن أن تكافح الشبكات التقليدية كي تحقق التوازن بين إنتاجية الطاقة المتجددة المتقلبة، والطلب المتنامي على الكهرباء؛ ما يبرز أهمية تخزين الكهرباء على نطاق واسع عبر أنظمة البطاريات واستعمالها وقت الحاجة.

وتُعد بطاريات الليثيوم أيون حلًا واعدًا في مجال تخزين الكهرباء؛ غير أنها تقترن بعددٍ من التحديات، في مقدمتها قابليتها الكبيرة للاشتعال، وتدني أدائها التشغيلي بمضي الوقت، إلى جانب المشكلات الناتجة عند إعادة التدوير.

وتتفاوت تكاليف بطاريات الليثيوم أيون وفق العوامل الجيوسياسية وتمركز سلسلة الإمدادات؛ إذ تهيمن الصين حاليًا على نحو 72% من سوق أيونات الليثيوم؛ ما يدفع العديد من الحكومات والشركات إلى استكشاف بدائل قادرة على العمل دون الاعتماد بقوة على المواد المعدنية.

بطاريات الجاذبية

تبرز بطاريات الجاذبية بديلًا لبطاريات الليثيوم أيون؛ إذ تعتمد في جوهرها على طاقة الوضع؛ فكلما رفع المرء كتلة سواء كانت كتلة كبيرة أو حجمًا من الماء، فإنه يستثمر الطاقة المخزنة في تلك الكتلة.

وبسبب الجاذبية، تظلّ الطاقة مخزنة حتى يسقط الجسم؛ وفي أي وقت، تكون هناك إمكانية ترك هذا الجسم ينزل بشكل متحكم فيه عبر استعمال مولد أو توربين لتحويل الطاقة الحركية الهابطة إلى كهرباء مرة أخرى.

وبخلاف الطاقة الكيميائية في البطاريات التي يتدنى أداؤها بتكرار الدورات، لا تتلاشى طاقة وضع الجاذبية بمضي الوقت؛ ما يجعلها مصدر طاقة مستدامًا.

وما دامت الأجزاء الميكانيكية تعمل وظيفيًا، يمكن إطلاق الطاقة المخزنة عند الحاجة، وفق معلومات اطّلعت عليها منصة الطاقة المتخصصة.

ووُجدت أشكال قديمة من تخزين الكهرباء القائم على الجاذبية منذ أكثر من قرن؛ إذ تضخ أنظمة الطاقة الكهرومائية المياه إلى أعلى عندما تكون الطاقة رخيصة أو متوافرة، ثم تُطلَق تلك الطاقة إلى أسفل عبر توربينات حينما يلامس الطلب على الكهرباء ذروته.

ومن الممكن أن تتصف العملية المذكورة بالكفاءة والفاعلية؛ غير أنها تتطلّب عوامل جغرافية معينة -خزانات مرتفعة وأحواض مياه كبيرة- وهو ما يفتقر إليه العديد من المناطق.

مبادرة صينية جريئة

لعل المثال الأكثر وضوحًا على هذا التحول إلى تخزين الكهرباء القائم على الجاذبية هو مدينة رودونغ في الصين؛ حيث أثمرت شراكة بين شركة إنرجي فولت (Energy Vault) السويسرية، والحكومة الصينية، إنشاء نظام إي في إكس (EVx).

ويلامس ارتفاع مبنى "إي في إكس" أكثر من 120 مترًا، وهو عبارة عن برج ميكانيكي ضخم لرفع كتل عملاقة تزن 24 طنًا في أثناء وجود فائض كهرباء.

وعندما تتطلّب الشبكة مزيدًا من الكهرباء، يجري إنزال الكتل، وتتحول طاقة الوضع الخاصة بها إلى كهرباء، وفق معلومات طالعتها منصة الطاقة المتخصصة.

وتتسم آلية عمل بطاريات الجاذبية بما يلي:

القدرة والكفاءة: بفضل ذروة إنتاج الطاقة التي تلامس 25 ميغاواط وسعة إجمالية تبلغ 100 ميغاواط/ ساعة، يتمتع مبنى "إي في إكس" بكفاءة تتجاوز 80%، علمًا بأن مدة العمر التشغيلي المقدر بـ35 عامًا تشير إلى حل قوي طويل الأمد.

المواد والبناء: تُصنع كل كتلة من مواد متاحة بسهولة، مثل التربة والرمال أو النفايات المعاد تدويرها، ويعتمد بناء البرج على العمل المحلي والموارد المحلية؛ ما يجعل التكاليف أقل مما عليه حال الاعتماد على الليثيوم أو المعادن النادرة الأخرى.

الجاذبية الجيوسياسية: تمثّل هيمنة الصين على سلاسل إمدادات الليثيوم أيون تناقضًا صارخًا، فهي تستفيد من تقنية البطاريات الحالية، غير أنها ترى القيمة في إثبات مفاهيم بطاريات الجاذبية.

ولا تُعد بطاريات الجاذبية مفهومًا جديدًا؛ إذ إن تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ، وهي تقنية عمرها قرن من الزمان، ترفع المياه من خزان منخفض إلى آخر مرتفع باستعمال الكهرباء الفائضة؛ ثم تطلقها لإنتاج الكهرباء عند الحاجة.

وتسلط الأمثلة التاريخية، مثل منشأة تخزين الطاقة الكهرومائية بالضخ التي بُنيت في أوائل عام 1907 في مدينة شافهاوزن السويسرية، الضوء على طول العمر التشغيلي لتلك الأنظمة، التي تقترب في كثير من الأحيان من 90% من الكفاءة أو تتجاوزها.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصادر:

1.بطاريات الجاذبية أطول عمرًا مقارنة ببطاريات الليثيوم أيون من موقع إنترستنغ إنجنيرينغ.