ذخیره انرژی خورشیدی با خاکستر آتشفشانی/ زباله طبیعی که به یاری بشر می‌آید 

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از اینترستینگ اینجینیرینگ، محققان دانشگاه بارسلون در اسپانیا، کاربرد بسیار جذابی از خاکستر آتشفشانی به عنوان یک رسانه ذخیره انرژی برای انرژی‌های تجدیدپذیر یافته اند.

خاکستر را می‌توان به طور طبیعی استفاده کرد و حتی عملکردی بهتر از نمک‌های مذاب دارد که عمدتا به عنوان گزینه‌های ذخیره گرما در نیروگاه‌های خورشیدی استفاده می‌شوند. 

در سال ۲۰۲۱، فوران آتشفشانی در لاپالما در جزایر قناری، ۷.۶ میلیارد فوت مکعب (۲۰۰ میلیون متر مکعب) زباله سنگ و خاکستر را بیرون راند. محققان این فوران و زباله‌های آن را فرصتی برای بررسی خاکستر آتشفشانی به عنوان یک راه حل ذخیره انرژی قلمداد کردند.

پیش از این، از خاکستر تولید شده در آتشفشان‌های فعال، در پروژه‌های مهندسی عمران استفاده شده است. با این حال، پژوهشگران اسپانیایی اکنون کاربرد جدیدتری برای این خاکستر‌ها در نظر گرفته اند: ذخیره انرژی خورشیدی تولید شده در نیروگاه‌های خورشیدی متمرکز. 

مشکل نمک‌های مذاب

برخلاف یک مزرعه خورشیدی که از انرژی خورشیدی برای تولید برق استفاده می‌کند، یک نیروگاه خورشیدی متمرکز از میدان بزرگی از آینه‌ها برای همگرایی انرژی خورشید به یک نقطه واحد و تولید مقادیر زیادی گرما بهره می‌برد.

با استفاده از این رویکرد، تولید دمای بیش از هزار و ۸۰۰ درجه فارنهایت (هزار درجه سانتیگراد) که بتوان از آن برای گرم کردن آب و چرخاندن توربین تولید برق استفاده کرد، آسان می‌شود.

هنگامی که گرمای اضافی تولید می‌شود، نیروگاه‌های خورشیدی متمرکز معمولا مخزن نمک‌های مذاب را گرم می‌کنند که می‌تواند این انرژی را ذخیره کند. در صورت لزوم، حتی می‌توان نمک‌ها را با استفاده از یک مبدل حرارتی به گردش درآورد تا از گرم شدن بدون وقفه آب حتی در دوره‌های بدون نور خورشید، مطمئن شد.

چالش در این واقعیت نهفته است که این نمک‌های مذاب دارای خورندگی بالایی هستند و موجب آسیب چشمگیری به لوله‌ها و مخازن ذخیره می‌شوند. نشتی در بزرگترین نیروگاه خورشیدی متمرکز جهان در مراکش باعث خساراتی به ارزش ۴۷ میلیون دلار شد؛ حادثه‌ای که کارخانه را تا نوامبر سال جاری به طور موقت به تعطیلی کشاند.

جایی که خاکستر آتشفشانی می‌تواند کمک کننده باشد

محققان دانشگاه بارسلون می‌گویند مخلوط کردن خاکستر آتشفشانی با نمک‌های مذاب می‌تواند مانع از چنین رویداد‌های خوردگی شده و همچنین قابلیت جلوگیری از انجماد نمک‌ها در هنگام کاهش قابل توجه دما را دارد.

این دانشمندان در آزمایش‌های خود، خاکستر را به گلوله تبدیل کرده و آنها را بیش از هزار بار در دمای ۴۸۰ تا ۱۳۸۰ درجه فارنهایت (۲۵۰-۷۵۰ درجه سانتیگراد) گرم و سرد کردند.

آنها در این آزمایش ها، دریافتند خاکستر آتشفشانی دارای رسانایی گرمایی و ظرفیت حرارتی عالی است و حتی پس از چرخه‌های زیاد به سختی اکسید می‌شود. بنابراین، می‌تواند در کنار نمک‌های مذاب برای حفظ گرما در نیروگاه‌های خورشیدی متمرکز به کار آید.

خاکستر آتشفشانی قابلیت ذخیره انرژی مشابه نمک‌های مذاب را نشان نمی‌دهد. با این حال، تفاوت در قابلیت‌های آنها با این واقعیت جبران شد که نمک‌ها در طول زمان تجزیه می‌شوند و بر تجهیزات تأثیر منفی می‌گذارند.

مهمتر از همه، این ماده که زباله ارزان است و هدف جدیدی را برای یک زباله ایجاد می‌کند.

محققان پیشنهاد می‌کنند به غیر از خاکستر آتشفشانی، موادی مانند آجر، ماسه و بتن را می‌توان در کنار نمک‌های مذاب برای ذخیره انرژی خورشیدی مورد استفاده قرار داد.

پیشنهادات پژوهشگران اسپانیایی در حالی مطرح می‌شود که کشور‌های G۷ به دنبال افزایش ذخیره انرژی تجدیدپذیر تا ۱۵۰۰ گیگاوات هستند که شش برابر ظرفیت فعلی تا قبل از پایان این دهه است. انتظار می‌رود این ظرفیت به جهان کمک کند تا جهشی بزرگتر به سمت انرژی‌های تجدیدپذیر داشته باشد و سوخت‌های فسیلی را سریعتر حذف کنند.

نتایج این تحقیقات در نشریه‌های Journal of Energy Storage و Recharge News, Energy Digital منتشر شده است.