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

پژوهشگران کشف کردند خاکستر آتشفشانی رسانایی گرمایی و ظرفیت حرارتی چشمگیری دارد و حتی پس از چرخه های متعدد به سختی اکسید می شود.

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

خاکستر را می توان به طور طبیعی استفاده کرد و حتی عملکردی بهتر از نمک های مذاب دارد که عمدتا به عنوان گزینه های ذخیره گرما در نیروگاه های خورشیدی استفاده می شوند. 

در سال 2021، فوران آتشفشانی در لاپالما در جزایر قناری، 7.6 میلیارد فوت مکعب (200 میلیون متر مکعب) زباله سنگ و خاکستر را بیرون راند. محققان این فوران و زباله های آن را فرصتی برای بررسی خاکستر آتشفشانی به عنوان یک راه حل ذخیره انرژی قلمداد کردند.

پیش از این، از خاکستر تولید شده در آتشفشان های فعال، در پروژه های مهندسی عمران استفاده شده است. با این حال، پژوهشگران اسپانیایی اکنون کاربرد جدیدتری برای این خاکستر ها در نظر گرفته اند: ذخیره انرژی خورشیدی تولید شده در نیروگاه های خورشیدی متمرکز. 

مشکل نمک های مذاب

برخلاف یک مزرعه خورشیدی که از انرژی خورشیدی برای تولید برق استفاده می کند، یک نیروگاه خورشیدی متمرکز از میدان بزرگی از آینه ها برای همگرایی انرژی خورشید به یک نقطه واحد و تولید مقادیر زیادی گرما بهره می برد.

با استفاده از این رویکرد، تولید دمای بیش از هزار و 800 درجه فارنهایت (هزار درجه سانتیگراد) که بتوان از آن برای گرم کردن آب و چرخاندن توربین تولید برق استفاده کرد، آسان می شود.

هنگامی که گرمای اضافی تولید می شود، نیروگاه های خورشیدی متمرکز معمولا مخزن نمک های مذاب را گرم می کنند که می تواند این انرژی را ذخیره کند. در صورت لزوم، حتی می توان نمک ها را با استفاده از یک مبدل حرارتی به گردش درآورد تا از گرم شدن بدون وقفه آب حتی در دوره های بدون نور خورشید، مطمین شد.

چالش در این واقعیت نهفته است که این نمک های مذاب دارای خورندگی بالایی هستند و موجب آسیب چشمگیری به لوله ها و مخازن ذخیره می شوند. نشتی در بزرگترین نیروگاه خورشیدی متمرکز جهان در مراکش باعث خساراتی به ارزش 47 میلیون دلار شد؛ حادثه ای که کارخانه را تا نوامبر سال جاری به طور موقت به تعطیلی کشاند.

جایی که خاکستر آتشفشانی می تواند کمک کننده باشد

محققان دانشگاه بارسلون می گویند مخلوط کردن خاکستر آتشفشانی با نمک های مذاب می تواند مانع از چنین رویداد های خوردگی شده و همچنین قابلیت جلوگیری از انجماد نمک ها در هنگام کاهش قابل توجه دما را دارد.

این دانشمندان در آزمایش های خود، خاکستر را به گلوله تبدیل کرده و آنها را بیش از هزار بار در دمای 480 تا 1380 درجه فارنهایت (250-750 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 چرخه های زیاد به سختی اکسید می شود. بنابراین، می تواند در کنار نمک های مذاب برای حفظ گرما در نیروگاه های خورشیدی متمرکز به کار آید.

خاکستر آتشفشانی قابلیت ذخیره انرژی مشابه نمک های مذاب را نشان نمی دهد. با این حال، تفاوت در قابلیت های آنها با این واقعیت جبران شد که نمک ها در طول زمان تجزیه می شوند و بر تجهیزات تاثیر منفی می گذارند.

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

محققان پیشنهاد می کنند به غیر از خاکستر آتشفشانی، موادی مانند آجر، ماسه و بتن را می توان در کنار نمک های مذاب برای ذخیره انرژی خورشیدی مورد استفاده قرار داد.

پیشنهادات پژوهشگران اسپانیایی در حالی مطرح می شود که کشور های G7 به دنبال افزایش ذخیره انرژی تجدیدپذیر تا 1500 گیگاوات هستند که شش برابر ظرفیت فعلی تا قبل از پایان این دهه است. انتظار می رود این ظرفیت به جهان کمک کند تا جهشی بزرگتر به سمت انرژی های تجدیدپذیر داشته باشد و سوخت های فسیلی را سریعتر حذف کنند.

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