الوسم: النيوترينو فولتيك

ربما تكون فكرة تخزين الطاقة هي الأهم المرتبطة بانتقال الطاقة. على الرغم من أنها ليست تقنية توليد في حد ذاتها، إلا أن التخزين يجعل من الممكن للعديد من طرق التوليد أن تعمل معًا. هذا يفتح مجموعة واسعة من الأبواب الجديدة لصناعة الطاقة المتجددة.

سيلعب التخزين دورًا حاسمًا في جعل إنتاج الطاقة أكثر مرونة، وتسهيل تكامل مصادر الطاقة المتجددة، وضمان استقرار نظام الطاقة في المناطق التي لا تتوفر فيها الطاقة الشمسية أو طاقة الرياح. يمكن أن يتم إنشاء ونقل وتغيير الطاقة الكهربائية في فترة زمنية معقولة، ولكن تخزينها بأعداد كبيرة يظل تحديًا تقنيًا ومجهودًا مكلفًا. تشير أحدث التوقعات إلى أن منشآت تخزين الطاقة التراكمية في جميع أنحاء العالم ستصل إلى 358 جيجاوات / 1،028 جيجاوات في الساعة بحلول نهاية عام 2030. هذا الرقم أعلى بأكثر من عشرين مرة من السعة عبر الإنترنت البالغة 17 جيجاوات / 34 جيجاوات ساعة التي تم تحقيقها بنهاية عام 2020.

يعد وجود تقنيات تخزين الطاقة أمرًا بالغ الأهمية للأسباب الخمسة التالية:

1. توفر الطاقة في أي وقت. يمكن لنظام تخزين الطاقة الموحد ضمان توفير الكهرباء ومساعدة شبكة الطاقة في حالات “انقطاع التيار الكهربائي” على وجه الخصوص. يمكن أن يوفر التخزين طاقة احتياطية أثناء انقطاع التيار الكهربائي أو انقطاع التيار، مما يسمح بتحسين مطابقة توليد الطاقة مع الاستهلاك. علاوة على ذلك، نظرًا للاختلاف بين ساعات الذروة وساعات الذروة، فإن توليد الطاقة في فترات زمنية مختلفة قد يساعد في استقرار الأسعار في سوق الكهرباء.
2. المزيد من توفير الطاقة. تتمثل إحدى الإجابات المحتملة للصعوبات الأساسية لإدارة الطاقة وتوزيعها في تنفيذ أنظمة هجينة ومحطات تخزين BESS (نظام تخزين طاقة البطارية). يمكن تخزين فوائض الطاقة المتجددة خلال ساعات الذروة (فترات من اليوم مع انخفاض الطلب على الطاقة) لتزويد الشبكة بالطاقة التي تحتاجها. وبالتالي، عندما يتغير الطلب بسرعة وتكون المرونة ضرورية، فقد يقوم تخزين الطاقة بحقن أو تخزين الطاقة أثناء التعاون مع المتطلبات الحالية للشبكة.
3. استدامة أكبر لمصادر الطاقة المتجددة. إن إنتاج الطاقة النظيفة لا يكفي؛ يجب أن يتم بطريقة تقلل من التأثير على البيئة. إن تطوير مجمعات ومحطات طاقة متجددة جديدة يمكنها تلبية الاحتياجات المتغيرة لمحيطها أصبح أسهل من خلال توفر تخزين الطاقة. يقدر التحالف العالمي للبطاريات أن استخدام البطاريات قد يقلل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون الناتجة عن النقل واستخدام الطاقة بنسبة 30٪. يأتي حوالي 40٪ من انبعاثات غازات الدفيئة الحالية في العالم من هاتين الصناعتين فقط. دعونا لا ننسى أن هدف الاتحاد الأوروبي المتمثل في إطالة العمر الافتراضي للبطاريات وجعلها تقنية مستدامة بقدر الإمكان يبرز من بين القضايا التي تواجه تخزين الطاقة العالمي.
4. دعم رئيسي لانتقال الطاقة. يعد استخدام البطاريات أو التقنيات الأخرى لتخزين الطاقة جزءًا أساسيًا من استراتيجية 2030 لتقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري. ستعتمد خارطة الطريق للعقد القادم لتحقيق أهداف اتفاقية باريس على هذه التكنولوجيا، التي تعزز كفاءة الطاقة الشمسية وطاقة الرياح. ستكون البطاريات محورًا رئيسيًا لإزالة الكربون في أوروبا لأنها تصبح أكثر قابلية للتطبيق. وفقًا لدراسة بطاريات أوروبا 2020، من المتوقع أن ينتج التخزين من ثلاثة إلى أربعة ملايين وظيفة جديدة. يُنظر إلى البطاريات على أنها مفتاح قصير المدى لإزالة الكربون عن النقل البري ودعم انتقال الطاقة. هذه التكنولوجيا هي جوهر نظام الطاقة المتجددة الذي يمكنه تنظيم الانبعاثات العالمية لتلبية هدف اتفاقية باريس البالغة درجتين مئويتين.
5. مولد الفرص المستقبلية. تكون مجمعات ومحطات الطاقة المتجددة أكثر كفاءة وأمانًا عند استخدام هذه التكنولوجيا. سيصبح تخزين الطاقة جزءًا أساسيًا من الشبكات الكهربائية المستقبلية، وسيوفر قيمة لكل رابط في سلسلة إمداد الكهرباء. إن تطوير الهيدروجين الأخضر، وتحسين سعة البطارية، وخفض تكاليف نظام التخزين، واستخدام استراتيجية التصميم لإعادة التدوير ليست سوى عدد قليل من القضايا العديدة التي يجب معالجتها في صناعة تخزين الطاقة في المستقبل. من المتوقع أن تلعب هذه التكنولوجيا دورًا مهمًا في التحول العالمي إلى نظام طاقة أكثر استدامة، حيث يتم تضمينها في استراتيجيات الطاقة لجميع الدول.

يركز الكثير من الأبحاث الحالية في الوقت الحاضر على اكتشاف طرق لتخزين الطاقة المتجددة بثمن بخس عن طريق تحويل الطاقة الحالية إلى أشكال مختلفة يمكن إطلاقها حسب الحاجة. كلما زاد اعتماد المرء على الطاقة المتجددة، زادت أهمية تطوير تخزين كبير الحجم للتعويض عن تقلبات العرض. لذا، كما ترى، يبدو أن تخزين الطاقة هو بالتأكيد مفتاح المستقبل الذي تقوده الطاقة المتجددة.

 

ولكن ماذا لو لم تكن هناك حاجة لتخزين الطاقة؟

إذا لم تكن هناك حاجة لتخزين الطاقة المتجددة، فلن يكون هناك سبب للاعتماد على تقنية البطاريات، والتي تعتبر باهظة الثمن وغير فعالة. تتقدم التكنولوجيا الكامنة وراء البطاريات بمعدل سريع، وقد يأتي يوم في سجلات التاريخ البشري عندما يبدو أن تخزين كمية غير محدودة من الكهرباء سيكون بمثابة لعبة للأطفال. في غضون ذلك، دفع اكتشاف تم إجراؤه في عام 2015 البشرية في اتجاه مستقبل لن يكون من الضروري فيه استهلاك الوقود الأحفوري. على الرغم من حقيقة أن اكتشاف وجود كتلة للنيوترينو قد تم اكتشافه قبل عامين من قبل علماء في اليابان وكندا في نفس الوقت، إلا أن مشهد أبحاث الطاقة قد تغير بالفعل. نحن بحاجة إلى التكنولوجيا المناسبة حتى نتمكن من تسخير قوة مليارات الجسيمات الأثيرية التي تؤثر على عالمنا كل يوم.

على الرغم من حقيقة أنه قد يبدو وكأنه شيء من رواية الخيال العلمي، فقد تم بالفعل تطوير التكنولوجيا اللازمة لجمع الطاقة الحركية في شكل نيوترونات متنقلة وأشكال أخرى من الإشعاع غير المرئي وتحويله إلى كهرباء. تم إثبات جدوى الفكرة في ظروف معملية خاضعة للرقابة؛ التحدي الوحيد المتبقي هو تطوير تكنولوجيا النيوترينو فولتيك مناسبة للاستخدام على نطاق واسع. ليست هناك حاجة لتخزين الطاقة التي يتم إنشاؤها نتيجة للتيار المستمر للنيوترينو لأن قصف الأرض بالنيوترينو لا يتوقف أبدًا. في حين أن كمية الطاقة الكهربائية المكتسبة من النيوترينو وغيرها من الإشعاعات غير المرئية لا تزال صغيرة، فإن تكنولوجيا النيوترينو فولتيك تزداد قوة بنفس وتيرة زيادة كفاءة الأجهزة الإلكترونية والهواتف المحمولة وحتى الآلات الكبيرة في استخدام الطاقة.

 

النيوترينو فولتيك هي النقطة الرئيسية في تحول الطاقة

حتى على نطاق صغير، تتمتع تكنولوجيا النيوترينو فولتيك بالقدرة على تخفيف عبء مصادر الطاقة المتجددة المعتمدة على التخزين. في حالة شبكة الطاقة المتجددة، حتى إذا كانت طاقة النيوترينو تلبي 10٪ فقط من إجمالي احتياجات الطاقة، فلا يزال هذا يعني أن 10٪ من كهرباء هذا النظام لن تحتاج إلى تخزينها في بطاريات.

الجمال الأساسي للتكنولوجيا النيوترينو فولتيك هو اللامركزية. بينما لا يمكن توليد الكهرباء المولدة من الوقود الأحفوري إلا في المناطق الحضرية، وتفتقر معظم المنازل إلى الألواح الشمسية أو مزارع الرياح، فإن أجهزة النيوترينو فولتيك صغيرة بما يكفي لوضعها مباشرة في الهواتف المحمولة والأجهزة والسيارات وغيرها من المعدات المستهلكة للطاقة. ليست هناك حاجة لإهدار الكهرباء عن طريق إرسالها عبر المدينة باستخدام طاقة النيوترينو.

يمكن توليد طاقة النيوترينو باستمرار حتى عندما لا تكون الشمس مشرقة والرياح لا تهب. نظرًا لأن النيوترينو تمر تقريبًا عبر أي مادة اصطناعية أو طبيعية ذات مقاومة منخفضة، فقد يتم نشر أجهزة النيوترينو فولتيك في الداخل وفي الهواء الطلق وحتى تحت الماء، مما يجعلها قابلة للتكيف بشكل كبير. تستمر النيوترينو في السفر إلى الأرض بغض النظر عن المناخ، مما يجعل تكنولوجيا النيوترينو فولتيك أول تقدم إنساني مستدام تمامًا في مجال الطاقة.

وضعت مجموعة نيوترينو للطاقة، التي أسسها هولجر ثورستن شوبارت ، عالم الرياضيات الرائد وعالم الطاقة، نفسها في طليعة إنشاء حلول الطاقة النظيفة في المستقبل. المجموعة بدأت كشراكة بين شركات في الولايات المتحدة وألمانيا، لكنها توسعت منذ ذلك الحين إلى منظمة أكبر بكثير تضم الآن مشاركين من جميع أنحاء العالم، بما في ذلك الشركات والعلماء. لقد تجاوزت هذه الشراكة غير العادية الحدود الوطنية في سعيها لإيجاد حلول للطاقة لصالح جميع الناس على وجه الأرض.

لم يكن من الممكن تصور ذلك في السابق، ولكن اليوم، بفضل عمل مجموعة نيوترينو للطاقة، أصبح لدى البشرية حل لمشكلة الطاقة الحالية التي كانت متوقعة لفترة طويلة جدًا ويمكن الاعتماد عليها. خلايا النيوترينو فولتيك هي تكنولوجيا المستقبل، وتفي مجموعة نيوترينو للطاقة بالتزاماتها في الوقت الحاضر.

تتطور الطريقة التي يستخدم بها الناس الطاقة بسرعة. ومع ذلك، يجب أن يتم الانتقال إلى المصادر المتجددة بسرعة أكبر إذا كنا سنكون قادرين على إيقاف الزيادة في متوسط درجات الحرارة في العالم. هذا لا ينطبق فقط على إنتاج الكهرباء، ولكن أيضًا على التدفئة والمباني والنقل. بحلول عام 2050، قد توفر مصادر الطاقة المتجددة أربعة أخماس الطاقة العالمية، مما يساهم بشكل كبير في الحد من انبعاثات الكربون ويساعد على إبطاء تقدم تغير المناخ. ومع ذلك، يجب تضمين طاقة الرياح والطاقة الشمسية في مجملها، كما يجب أن تلعب الطاقة الحيوية المتجددة دورًا مهمًا في المزيج العام. يتطلب أخذ كل هذا في الاعتبار تسارع وتيرة الابتكار في كل من الأعمال والتكنولوجيا. قبل كل شيء، هذا يعني اتخاذ خطوات فورية للنهوض باستخدام مصادر الطاقة المتجددة.

يعمل عدد كبير من الأفراد المتفانين والموهوبين بجد لجعل مستقبل الطاقة المتجددة حقيقة واقعة. إنهم يعملون أو عملوا في أكثر المؤسسات شهرة في عصرنا، بما في ذلك الكليات العليا والشركات المالية الكبرى والمؤسسات والشركات الناشئة الأكثر ابتكارًا.

أشخاص مثل أولئك الذين يعملون في مجموعة نيوترينو للطاقة، التي كانت تعمل بجد لتحسين تقنية النيوترينو فولتيك لمساعدة الطاقة التي تنتجها مزارع الرياح، والمصفوفات الشمسية، وغيرها من مشاريع الطاقة المستدامة، والتي ستحدث ثورة في طريقة تفكيرنا في الطاقة المتجددة في السنين القادمة.

تجاهل العلماء مفهوم إمكانية استخدام النيوترينو كمصدر للطاقة لفترة طويلة جدًا. ومع ذلك، في عام 2015، اكتشف عالمان مستقلان، هما آرثر ماكدونالد من كندا وتاكاكي كاجيتا من اليابان، كتلة النيوترينو. أقنع هذا الاكتشاف بعض الأشخاص في مجالات العلوم والصناعة بأن طاقة النيوترينو ممكنة. منذ ذلك الوقت، كان الهدف الشامل لمجموعة مجموعة نيوترينو للطاقة هو تسخير قوة النيوترينو بالإضافة إلى أشكال أخرى من الإشعاع غير المرئي. يمكن مقارنة استخدامها، من نواح كثيرة، باستخدام الخلايا الشمسية الكهروضوئية. بدلاً من جمع النيوترينو وأنواع أخرى من الإشعاع غير المرئي، يتم امتصاص جزء من الطاقة الموجودة في طاقتها الحركية ثم تحويلها إلى كهرباء.

إمكانيات طاقة النيوترينو لا حصر لها، على سبيل المثال عندما يتعلق الأمر بالكفاءة والاعتمادية، لا تواجه خلايا النيوترينو فولتيك نفس التحديات التي تواجهها مصادر الطاقة المتجددة الأخرى. على سبيل المثال، يمكن للنيوترينو أن تنتقل عمليا عبر أي مادة معروفة، مما يعني أن خلايا النيوترينو فولتيك لا تعتمد على ضوء الشمس لكي تعمل. فهي متعددة الاستخدامات بما يكفي لاستخدامها في الداخل والخارج وحتى تحت الماء. نظرًا للبساطة التي يمكن بها حماية خلايا النيوترينو فولتيك أثناء استمرار توليد الكهرباء، فإن هذه التقنية لا تتأثر بالثلج وأنواع الطقس العاصف الأخرى، مما يعني أنها قادرة على إنتاج الطاقة على مدار الساعة، كل يوم من أيام السنة، بغض النظر عن المكان الموجود فيه. العالم يقعون فيه.

ومع ذلك، فإن قطاع الطاقة ليس الوحيد الذي يستفيد من إمكانات النيوترينو اللامحدودة؛ تستفيد أعمال التنقل الكهربائي أيضًا بشكل كبير منها. بينما لا يزال معظم مستخدمي السيارات الكهربائية يحصلون على قوتهم من مقبس الحائط، فإننا نحصل على قوتهم من البيئة.

لم يهتم أحد بهذا النوع من الطاقة حتى الآن لأن محرك الاحتراق الداخلي لم يكن مخصصًا لها، ولكن بالنسبة للسيارات الكهربائية، فإن الطاقة المحيطة هي مثل مضخة وقود ثابتة، واندفاع غير محدود من الأشعة الكونية من الشمس والضوء، النيوترينو وغيرها من الإشعاعات غير المرئية.

بفضل التعاون الدولي بين مؤسسة س-مات الهندية في بونا، الهند، ومجموعة نيوترينو للطاقة في برلين، ألمانيا. سيتم تطوير وبناء وتصنيع مشروع CAR PI, سيارة فريدة من نوعها تستمد طاقتها ببساطة من البيئة – مستقلة تمامًا عن الكهرباء “غير الشريفة” التي تأتي من احتراق الوقود الأحفوري. جعل هذا الاختراع أحد أكثر المهام طموحًا التي قامت بها البشرية على الإطلاق، وهو يقترب من أن يصبح حقيقة.

تولد هذه السيارة الرائعة طاقتها الخاصة من خلال استخدام النيوترينو وغيرها من الإشعاعات غير المرئية، مما يجعلها أول سيارة في العالم لا تتطلب إعادة الشحن في محطة شحن قياسية، وبدلاً من ذلك تسحب ما تتطلبه لتدور إلى الأبد، سواء القيادة أو الجلوس بلا حراك. اعتمادًا على الموقف، مجرد ترك السيارة بالخارج لمدة ساعة يمكن أن يمنحها ما يصل إلى 100 كيلومتر من المدى.

بفضل جهود مجموعة نيوترينو للطاقة وتقنية النيوترينو فولتيك المثيرة للإعجاب، أصبح لدى البشرية الآن حل طال انتظاره وجدير بالثقة لأزمة الطاقة الحالية. نظرًا لعملهم الجاد، ستحدث تغييرات أكثر جوهرية، ونأمل، وسنعيش في عالم أفضل وأكثر صداقة للبيئة في السنوات القادمة.

حيث بدأ كل شيء …

جمع واستخدام الطاقة الشمسية ليست ظاهرة جديدة. في الواقع، تعود أشعة الشمس المكبرة لإحداث حريق إلى القرن السابع. بالمضي قدمًا في الزمن إلى القرن التاسع عشر، يمكننا أن نرى أصول الخلايا الشمسية الكهروضوئية الحديثة، والتي لا تزال مستخدمة في تصنيع الألواح الشمسية حتى يومنا هذا. في عام 1876، اكتشف ويليام جريلز آدامز، الأستاذ في كينجز كوليدج لندن، وريتشارد إيفانز داي، أحد تلاميذ آدامز، التأثير الكهروضوئي. اكتشفوا التأثير الكهروضوئي بعد تكوين تيار كهربائي في السيلينيوم فقط من خلال تعريضه للضوء.

تم تطوير خلية شمسية بكفاءة تحويل 1٪ بعد ثماني سنوات بواسطة المخترع الأمريكي تشارلز فريتس. نتيجة لارتفاع تكلفة إنتاجهم وحقيقة أنهم كانوا يعملون في مجموعة الطاقة الشمسية على الأسطح في مدينة نيويورك في عام 1884، لم يتم استخدامها على نطاق واسع.

في عام 1905، في بداية القرن العشرين، كتب ألبرت أينشتاين أول دراسة نظرية تصف التأثير الكهروضوئي. في هذا العمل، أوضح أينشتاين أن الضوء يتضمن حزمًا من الطاقة أطلق عليها “كوانتا الضوء”. اليوم، تُعرف حزم الطاقة هذه بالفوتونات. كانت نظرية أينشتاين قادرة على المساعدة في تفسير كيف يمكن للفوتونات أن تولد الكهرباء إذا تم اقترانها في دائرة بالطريقة الصحيحة. في السنوات اللاحقة، حصل على جائزة نوبل لقانون التأثير الكهروضوئي الذي اكتشفه.

 

تحسينات الطاقة الشمسية على مر الزمن

في الخمسينيات من القرن الماضي، كان إجمالي كمية الخلايا الشمسية التي تشغل المعدات الكهربائية في العالم أقل من واحد واط. تقدم سريعًا إلى القرن الحادي والعشرين، وبعد خمسين عامًا من البحث والتطوير المستمر للسيليكون والمواد الكهروضوئية الأخرى، توفر الألواح الشمسية الكهرباء الآن لملايين المنازل في جميع أنحاء العالم. كما أنها تزود المباني والأقمار الصناعية بالطاقة، وتوفر طاقة نظيفة للناس في كل منطقة من مناطق العالم.

على مدى 60-70 سنة التالية، استخدم العلماء السيليكون لتعزيز كفاءة الخلايا الشمسية. ومع ذلك، لم يكن الأمر كذلك حتى عام 1973، عندما تسببت أزمة النفط العربية في ارتفاع أسعار النفط إلى أربعة أضعاف بين عشية وضحاها، حيث تم الاستثمار الكبير في توليد الطاقة الشمسية لتقليل اعتماد العالم الغربي على الوقود الأحفوري.

تقدر السعة المركبة للطاقة الشمسية في جميع أنحاء العالم بحوالي 728 جيجاوات، مع زيادة متوقعة إلى 1645 جيجاوات بحلول عام 2026. وقد شهدت الطاقة الشمسية أسرع انخفاض في التكلفة مقارنة بأي تقنية طاقة. كان سعر خلايا السيليكون الكهروضوئية في الخمسينيات من القرن الماضي 76 دولارًا أمريكيًا للواط، لكنه انخفض الآن إلى 0.20 دولارًا أمريكيًا للواط في عام 2021. تم تخفيض الأسعار بشكل كبير من عام 2000 إلى عام 2019، لكن التخفيضات بدأت في الاستقرار بعد ذلك. الرسم البياني أدناه يصور الاتجاه في خفض التكلفة.

بالنسبة لصناعة الطاقة الشمسية، أدت المصانع الكبيرة، واستخدام الأتمتة، وعمليات التصنيع الأكثر كفاءة إلى وفورات الحجم، وتقليل تكاليف العمالة، وتقليل نفايات المواد. بين عامي 2010 و2020، انخفض متوسط تكلفة الألواح الشمسية بنسبة 90٪.

الألواح أحادية البلورية، الكريستالات ، والأغشية الرقيقة هي أكثر أنواع الألواح الشمسية شيوعًا في السوق اليوم. على عكس الخلايا الشمسية المصنوعة من السيليكون، تتكون الأغشية الرقيقة من خلايا مكونة من مواد مختلفة. لكل منها مجموعة من المزايا والعيوب.

شهد العقد الماضي زيادة كبيرة في انتشار الطاقة الشمسية الكهروضوئية. بسبب التأثير البيئي لحرق الوقود الأحفوري، استثمرت الحكومات في جميع أنحاء العالم على نطاق واسع في البحوث والحوافز لتحفيز كل من التبني المنزلي والتجاري لإنتاج الطاقة الكهروضوئية الشمسية.

 

ماذا يحمل المستقبل للخلايا الكهروضوئية؟

تطورت الطاقة الشمسية بوتيرة مذهلة، حتى بالنسبة للمحترفين في المنطقة، وهي تعد الآن بلعب دور مهم في التحول الحالي للطاقة. وفقًا لبيانات قطاع الطاقة الشمسية، نمت صناعة الطاقة الكهروضوئية في جميع أنحاء العالم بمعدل سنوي مركب يزيد عن 35٪ خلال العقد الماضي. سيزداد اعتماد الطاقة الكهروضوئية بلا شك حيث يتحول مزيج الطاقة العالمي أكثر نحو الطاقة المتجددة.

أدى الارتفاع في طاقة وحدة اللوحة من 250 واط إلى 500 واط خلال العقد الماضي إلى انخفاض في المساهمة النسبية لتكلفة الوحدة في التكلفة الإجمالية للنظام الكهروضوئي. تستمر خلايا السيليكون الشمسية في الهيمنة على السوق، بينما تستغرق الخلايا الشمسية من الجيل الآخر بعض الوقت لتحقيق تفوق السوق.

تتمثل إحدى الصعوبات الرئيسية في خفض التكاليف وتعزيز الكفاءة؛ يمكن حل ذلك من خلال تطوير تقنيات تصنيع وحدات الطاقة الشمسية لرقائق السيليكون المنافسة في السوق الجديدة والتي تكون أقل تكلفة. هذا القطاع المعياري، الذي يركز على التكنولوجيا الكهروضوئية البلورية القائمة على السيليكون، لديه منحنى تعليمي حاد وهو في وضع جيد لمواجهة مهمة توليد عدة تيراواط من الكهرباء. بالإضافة إلى ذلك، وصلنا إلى الحد النظري للخلايا الشمسية أحادية الوصلة.

أخيرًا، تتمتع التقنيات الترادفية بإمكانية توفير حل لهذه المشكلة؛ ومع ذلك، لا تزال هناك حاجة لأبحاث رئيسية لتحقيق ذلك بتكلفة معقولة للسوق العام. بالنظر إلى أن هذه التكنولوجيا تبلغ من العمر خمسين عامًا تقريبًا، فإن الأمر يتطلب مزيدًا من الدراسة والتطوير لاجتياز الاحتمالات العديدة.

ماذا لو، من ناحية أخرى، هناك بالفعل بديل؛ لاعب جديد تغلب بالفعل على جميع العقبات التي تواجهها الطاقة الشمسية؛ مصدر طاقة خالص من شأنه أن يغير مسار التطور البشري؟

 

النيوترينو فولتيك: المفتاح لمستقبل مستدام وفعال من حيث الطاقة

في هذا الوقت، فإن أهم التهديدات هي تغير المناخ وظواهر الطقس القاسية التي هي نتيجة مباشرة له. لا يمكن إضاعة المزيد من الوقت سواء على صحة الأجيال القادمة أو الحفاظ على مواردنا الطبيعية وبيئتنا. حان الوقت لتطبيق أحدث النتائج التي توصل إليها البحث العلمي! تقدم تكنولوجيا النيوترينو فولتيك فرصًا في مجال توليد الطاقة لم تكن ممكنة من قبل. إنها إحدى أكثر الطرق الواعدة لتوليد الكهرباء الصديقة للبيئة والفعالة.

مجموعة نيوترينو للطاقة المعروفة هي المسؤولة عن تطوير هذا الاختراق المذهل في مجال التكنولوجيا المتجددة المتطورة، والتي تعد بمثابة تغيير حقيقي للعبة في الصناعة.

في عام 2015، تم التحقق من وجود كتلة النيوترينو بشكل مستقل من قبل باحثين من دول مختلفة: تاكاكي كاجيتا من اليابان وآرثر ماكدونالد من كندا. منذ ذلك الوقت، كان الهدف الرئيسي لمجموعة نيوترينو للطاقة هو إنتاج الطاقة عن طريق التقاط النيوترينو وأنواع أخرى من الإشعاع غير المرئي. إن استخدام النيوترينو وأنواع أخرى من الإشعاع غير المرئي كمصدر للطاقة يمكن مقارنته من نواح كثيرة باستخدام الخلايا الشمسية الكهروضوئية. وذلك لأن كلا النوعين من الإشعاع لهما القدرة على تحويل الضوء إلى كهرباء. بدلاً من جمع النيوترينو وأنواع أخرى من الإشعاع غير المرئي، يتم امتصاص جزء من الطاقة الموجودة في طاقتها الحركية ثم تحويلها إلى كهرباء. يتم ذلك بدلاً من محاولة التقاط النيوترينو نفسها.

عندما يتعلق الأمر بالكفاءة والاعتمادية، لا تواجه خلايا النيوترينو فولتيك نفس التحديات التي تواجهها الطاقة الشمسية. على سبيل المثال، يمكن للنيوترينو الانتقال عبر أي مادة معروفة عمليًا، مما يعني أن خلايا النيوترينو فولتيك لا تعتمد على ضوء الشمس من أجل أداء وظيفتها. فهي متعددة الاستخدامات بما يكفي لاستخدامها في الداخل والخارج وحتى في الماء. نظرًا للبساطة التي يمكن بها حماية خلايا النيوترينو فولتيك أثناء استمرار توليد الكهرباء، فإن هذه التقنية لا تتأثر بالثلج وأنواع الطقس العاصف الأخرى، مما يعني أنها قادرة على إنتاج الطاقة على مدار الساعة، كل يوم من أيام السنة، بغض النظر عن المكان الموجود فيه. العالم يقعون فيه.

سيتم استخدام تكنولوجيا النيوترينو فولتيك أولاً للهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المحمولة، بالإضافة إلى أجهزة تنظيم ضربات القلب وغيرها من المعدات المصغرة. ومع ذلك، سيكون مصدر الطاقة هذا قادرًا في النهاية على تلبية جميع الاحتياجات الكهربائية للأسرة بأكملها. يوفر اكتشاف النيوترينو والأشكال الأخرى من الإشعاع غير المرئي للبشرية إجابة قابلة للتطبيق لقضية الطاقة الحالية. كان هذا الحل احتمالًا طال انتظاره لبعض الوقت. تكنولوجيا النيوترينو فولتيك حاليا في مراحلها الأولى. ومع ذلك، تمامًا مثل التكنولوجيا الكهروضوئية، سيتم الاعتراف بهذا الاكتشاف يومًا ما على نطاق واسع باعتباره إجابة مشروعة لمتطلبات الطاقة في العالم.

انخفضت تكلفة توليد الطاقة المتجددة من الطاقة الشمسية وطاقة الرياح بشكل كبير على مر السنين، وهي حاليًا مماثلة، إن لم تكن أرخص، من الطاقة المولدة من الوقود الأحفوري. إذن، لماذا لم يتم الاستيلاء بالكامل على قطاع الطاقة؟ والسبب في ذلك هو أنه عندما يتعلق الأمر بالطاقة المتجددة، فهناك تكلفة إضافية لا تمتلكها محطات الطاقة القائمة على الوقود الأحفوري، ويجب أيضًا مراعاة ذلك.

تعمل جميع أجهزتنا بالطاقة على شكل تيار كهربائي، ومع ذلك لا يمكن الاحتفاظ بالتيار كتيار لأنه يطلق طاقته على شكل حرارة أثناء مروره عبر الأسلاك. (الموصلات الفائقة ليس لها مقاومة وبالتالي لا تفقد الحرارة، ولكن الاستخدامات العملية بعيدة في المستقبل.) في جميع الأوقات، يجب أن يلبي الإنتاج الحالي الاستهلاك الحالي تمامًا. شبكة الكهرباء هي أعجوبة هندسية رائعة تفعل هذا بالضبط. لدينا العديد من محطات الطاقة التي تضع الطاقة في الشبكة، والتي يتم توزيعها بعد ذلك عبر منطقة تغطية النظام إلى أي مكان مطلوب في ذلك الوقت. في الولايات المتحدة، على سبيل المثال، خلال أشهر الصيف، يتم توصيل الكهرباء إلى المناطق الجنوبية الحارة في البلاد لتلبية الطلب المتزايد على أجهزة تكييف الهواء.

في مطلع القرن العشرين، كان لدى الولايات المتحدة أكثر من 4000 مرفق، كل منها يخدم منطقة صغيرة. ومع ذلك، فقد تم ربطهما في النهاية، ولدى الولايات المتحدة حاليًا شبكتان رئيسيتان، الشرقية والغربية، مع وجود شبكتها الخاصة التي لا ترتبط بالشبكتين الأخريين في تكساس. هذا هو ما تسبب في مشاكل تكساس في فبراير 2021 عندما ألحقت موجة برد الضرر بمصدر الطاقة الخاص بها، مما تسبب في فقدان مناطق شاسعة من الولاية للطاقة وعدم القدرة على الحصول على الطاقة من النظامين الآخرين للتعويض.

لتحقيق التوازن الحالي لحظة بلحظة في الشبكة بين الإنتاج والاستهلاك الحاليين، يجب أن يكون المرء قادرًا على إدارة كمية التيار الكهربائي المتولد، وزيادته عندما يكون الطلب مرتفعًا وخفضه عندما يكون الطلب منخفضًا. وهنا تتفوق مخططات الوقود الأحفوري. إنها في الغالب منشآت تعمل بالفحم والغاز، ويمكن التحكم في مستويات الإنتاج بسهولة عن طريق حرق وقود أكثر أو أقل.

ليس الأمر كذلك مع مصادر الطاقة المتجددة مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، والتي تخضع لمتغيرات خارجة عن إرادتنا. قد تخلق الكثير من الطاقة غير المكلفة في الأيام الساطعة والرياح، والتي يمكن أن تتجاوز الطلبات، لكن الإنتاج ينخفض بشكل كبير في الليل أو في الأيام الهادئة. لذلك، مع مصادر الطاقة المتجددة، فإن الخطوة الإضافية هي اكتشاف طرق لتخزين الطاقة الفائضة التي تم إنشاؤها خلال فترات ذروة الإنتاج بحيث يمكن إطلاقها عندما يتباطأ الإنتاج. هذه صعوبة لا تواجهها منشآت الوقود الأحفوري حيث يتم تخزين الطاقة في الفحم والغاز ولا يتم استخدامها إلا عند الحاجة إليها.

يركز الكثير من الأبحاث الحالية على اكتشاف طرق لتخزين الطاقة المتجددة بثمن بخس عن طريق تحويل الطاقة الحالية إلى أشكال مختلفة يمكن إطلاقها حسب الحاجة. وكلما زاد اعتماد المرء على الطاقة المتجددة، زادت أهمية تطوير تخزين كبير الحجم للتعويض عن تقلبات العرض.

 

ولكن ماذا لو لم تكن هناك حاجة لتخزين الطاقة؟

لن تكون هناك حاجة للاعتماد على تكنولوجيا البطاريات المكلفة وغير الفعالة إذا لم تكن مطلوبة لتخزين الطاقة المتجددة. تصبح البطاريات أكثر تعقيدًا يومًا بعد يوم، وقد يأتي يوم في التاريخ يبدو أن تخزين كميات لا نهائية من الطاقة سيكون بمثابة لعب للأطفال. في غضون ذلك، يوجه اكتشاف عام 2015 البشرية نحو مستقبل يكون فيه الوقود الأحفوري عديم الفائدة تمامًا. على الرغم من أن اكتشاف أن النيوترينو لها كتلة تم إجراؤه قبل 7 سنوات بواسطة علماء في اليابان وكندا في نفس الوقت قد غيّر بالفعل مشهد أبحاث الطاقة. من أجل تسخير قوة مليارات الجسيمات الأثيرية التي تصل إلى كوكبنا كل يوم، نحتاج إلى التكنولوجيا الصحيحة.

على الرغم من أنه قد يبدو خيالًا علميًا، فقد تم بالفعل إنشاء التكنولوجيا لجمع كتلة النيوترينو المتنقلة وغيرها من الإشعاعات غير المرئية في شكل طاقة حركية وتحويلها إلى كهرباء. لقد ثبت أن هذا المفهوم يعمل في إعدادات المختبر، والخطوة الوحيدة المتبقية هي جعل تكنولوجيا النيوترينو فولتيك مناسبة للاستخدام العام. نظرًا لأن النيوترينو لا تتوقف أبدًا عن الانتقال إلى الأرض، فلا داعي لتخزين الطاقة الناتجة عن تدفقها المستمر. في حين أن كمية الطاقة الكهربائية التي يتم الحصول عليها من النيوترينو وغيرها من الإشعاعات غير المرئية لا تزال ضئيلة، تزداد قوة النيوترينو فولتيك بنفس المعدل الذي أصبحت فيه الأجهزة الإلكترونية والهواتف المحمولة وحتى الآلات الثقيلة أكثر كفاءة في استخدام الطاقة.

 

تحرير تقنيات الطاقة المعتمدة على التخزين

تتمتع تكنولوجيا النيوترينو فولتيك بالقدرة على تخفيف عبء مصادر الطاقة المتجددة المعتمدة على التخزين حتى لو تم استخدامها على نطاق متواضع. في حالة شبكة الطاقة المتجددة، إذا كانت طاقة النيوترينو توفر فقط 10٪ من إجمالي متطلبات الطاقة، فهذا يعني أن 10٪ من كهرباء هذا النظام لن تضطر إلى تخزينها في بطاريات.

اللامركزية هي الجمال الأساسي للتكنولوجيا النيوترينو فولتيك. في حين أن الطاقة الكهربائية المنتجة من الوقود الأحفوري لا يمكن إنشاؤها إلا في المناطق الوسطى، ومعظم المساكن تفتقر إلى الألواح الشمسية أو مزارع الرياح، فإن لأجهزة النيوترينو فولتيك صغيرة بما يكفي لإدخالها مباشرة في الهواتف المحمولة والأجهزة والمركبات والأدوات الأخرى المستهلكة للطاقة. ليست هناك حاجة لتبديد الطاقة عن طريق نقلها عبر المدينة باستخدام طاقة النيوترينو.

حتى عندما لا تكون الشمس مشرقة والرياح لا تهب، يمكن إنشاء طاقة النيوترينو باستمرار. نظرًا لأن النيوترينو تنتقل عمليًا عبر كل مادة مصنعة وطبيعية ذات مقاومة قليلة، يمكن تركيب أجهزة النيوترينو فولتيك في الداخل والخارج، وكذلك تحت الماء، مما يجعلها شديدة التنوع. تستمر النيوترينو في التنقل إلى الأرض بشكل مستقل عن الظروف المناخية، مما يجعل تكنولوجيا النيوترينو فولتيك أول ابتكار إنساني مستدام بالكامل في مجال الطاقة.

 

إضاءة مستقبل الإنسانية

أثبتت مجموعة نيوترينو للطاقة، التي أسسها هولجر ثورستن شوبارت ، عالم الرياضيات الرائد وعالم الطاقة، نفسها في طليعة تطوير حلول الطاقة النظيفة في المستقبل. بدأت كتعاون بين الشركات الأمريكية والألمانية، لكنها نمت لتصبح منظمة أكبر بكثير تضم الآن شركات وعلماء من جميع أنحاء العالم. لقد تجاوز هذا التعاون الرائع الحدود الوطنية في سعيه لتوفير حلول الطاقة لصالح جميع الناس على هذا الكوكب.

بفضل جهود مجموعة نيوترينو للطاقة، أصبح لدى البشرية الآن إجابة طال انتظارها ويمكن الاعتماد عليها لقضية الطاقة الحالية، والتي لم يكن من الممكن تصورها في السابق. خلايا النيوترينو فولتيك هي المستقبل، وتفي مجموعة الطاقة النيوترينو بوعودها اليوم.

يجب تسريع انتقال العالم من الوقود الأحفوري إلى الطاقة المتجددة بسرعة مع تزايد الخطر الذي تشكله زيادة درجات الحرارة العالمية يومًا بعد يوم. من المتوقع أن ترتفع درجات الحرارة بأكثر من درجتين مئويتين ما لم يتم الالتزام بصرامة بالوعود المناخية الطموحة التي قُطعت في الفترة التي سبقت مؤتمر الأمم المتحدة لتغير المناخ في عام 2021. سيؤدي هذا الارتفاع إلى ارتفاع درجات الحرارة العالمية على السيناريو الأسوأ المنصوص عليه في اتفاقية باريس، وكذلك تجاوز العتبة التي رأتها أي حضارة إنسانية في التاريخ.

ستلعب الطاقة المتجددة دورًا مهمًا في تقليل اعتماد العالم على الوقود الأحفوري، والذي يعد المصدر الرئيسي لانبعاثات غازات الاحتباس الحراري التي تسرع الاحترار العالمي. ومع ذلك، فإن الوقود الأحفوري متشابك بقوة في أساس الاقتصاد العالمي. إن إنتاج الملابس وزراعة المحاصيل وتشغيل المنازل كلها عمليات تنطوي على استخدام مواد كيميائية خطرة مثل النفط الخام والغاز الطبيعي والفحم.

بعد عقد من إنشائه، زاد استهلاك الطاقة العالمي عشرة أضعاف، على الرغم من أن الوقود الأحفوري لا يزال يمثل الجزء الأكبر من احتياجات الطاقة في العالم. من إجمالي استخدام الطاقة، يستهلك الإنتاج الصناعي 33٪ من إجمالي الطاقة المستخدمة. بعد النقل، المستخدمون الرئيسيون للطاقة هم المنازل والشركات. لمنع الاحترار العالمي الكارثي الذي سيكون له عواقب بعيدة المدى للأجيال القادمة، يجب مراجعة استراتيجية الطاقة الحالية على الفور.

إذا سارت الأمور على ما يرام، فعند تشغيل الأضواء في غضون 30 إلى 40 عامًا، سيتم توليد الطاقة اللازمة لتشغيل منزلك للحصول على الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة. ستكون الخيارات التي سيتخذها القطاع الخاص والحكومة في المستقبل المنظور حاسمة لتحقيق هذا الهدف الطموح – ولكن القابل للتنفيذ -.

عندما يتم حرق الوقود الأحفوري المحتوي على الكربون، فإنه ينبعث منه ثاني أكسيد الكربون ويتفاعل مع الأكسجين في الغلاف الجوي. هذه الغازات المسببة للاحتباس الحراري هي المسؤولة عن “عدم الاستقرار الحراري” الذي يتسبب في زيادة الظواهر المناخية المتطرفة مثل الجفاف وحرائق الغابات وارتفاع مستويات سطح البحر.

اكتشف العلماء أنه منذ بداية الثورة الصناعية في القرن الثامن عشر، نمت تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بنحو 49 في المائة – أكثر من العشرين ألف سنة السابقة، بمتوسط درجة حرارة سطح لا تقل عن درجة واحدة مئوية.

حذرت الهيئة الحكومية الدولية المعنية بتغير المناخ التابعة للأمم المتحدة من أن الارتفاع الذي يتجاوز 1.5 درجة مئوية، وهو ما يعتبر توقعًا حذرًا للاحترار، سيؤدي إلى زيادة الكوارث الطبيعية الكارثية. ولكن ليس البقاء الاقتصادي فقط على المحك حيث تستمر الكوارث المرتبطة بالمناخ في إحداث الدمار. كما ستتعرض حياة الإنسان للخطر.

المزيد من العواصف القوية وحرائق الغابات والأمطار على الطريق. لحسن الحظ، يتعلق التحول إلى الطاقة المتجددة بضمان ألا تسوء الأمور. لقد تم بالفعل دحض تحفظات الناس بشأن قدرة العالم على الانتقال إلى أسس مختلفة للطاقة. من المحتمل أن تصبح الطاقة الشمسية وطاقة الرياح، غير المكلفة والمستدامة، مصدر الطاقة المهيمن.

وفقًا للعلماء، سيتطلب الأمر “تحولًا مجتمعيًا كبيرًا” لتغيير اتجاه الاحتباس الحراري. لا يزال العالم بعيدًا عن أن يصبح اقتصادًا خالٍ من الكربون، ولكن خلال العشرين عامًا الماضية، أدى الابتكار إلى خفض تكاليف الطاقة المتجددة بينما زاد الطلب. يتحمل القطاع الصناعي الجزء الأكبر من العبء، ولكن حتى شيء أساسي مثل الانتقال من المواقد التي تعمل بالغاز إلى المواقد الكهربائية في المنازل سيكون له تأثير كبير على المدى الطويل.

علاوة على ذلك، قد يساهم سكان المدن في جهود الحفظ عن طريق ركوب الدراجات أو المشي أو استخدام النقل العام – وهي تغييرات ستفيد جميع السكان من خلال توفير هواء أنظف وضوضاء أقل. قد يختار أولئك الذين يقودون السيارات الكهربائية، مما يقلل 337 مليون جالون من البترول الذي يستخدمه الأمريكيون كل يوم.

ومع ذلك، فإن الكفاح ضد تغير المناخ يمتد إلى ما هو أبعد من خيارات نمط الحياة الفردية. حتى الابتعاد عن مواد البناء مثل الفولاذ والخرسانة، والتي تمثل حوالي 20 ٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية، ستكون مطلوبة.

في المستقبل، سيكون هناك أيضًا اعتماد أكبر على البطاريات. سيتم استخدام بعضها لتخزين الطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية. علاوة على ذلك، انخفضت تكلفة أيون الليثيوم بنسبة 97 في المائة على مدى العقود الثلاثة الماضية، مما يجعل استخدام البطارية أكثر اقتصادا. هناك حاجة أيضًا إلى استثمار الموارد الطبيعية الأخرى، مثل الكوبالت، من أجل تنمية مصادر الطاقة المستدامة.

على الرغم من أن هذه البدائل جيدة وواعدة، إلا أنها ليست كافية. لحسن الحظ، قدمت الإنجازات الأخيرة للبشرية حلاً طال انتظاره وجدير بالثقة لأزمة الطاقة الحالية، وهو الحل الذي سيحدث المزيد من التغييرات الجوهرية ويسمح لنا بالعيش في عالم أفضل وأكثر صداقة للبيئة في السنوات القادمة. هذا الإنجاز هو النيوترينو فولتيك.

هذا الحل موجود هنا بفضل مجموعة نيوترينو للطاقة، التي تركز على تسخير قوة النيوترينو وغيرها من الإشعاعات غير المرئية وتعمل حاليًا بجد لتحسين تقنية النيوترينو فولتيك الخاصة بها لتكمل الطاقة التي تنتجها الطاقة المتجددة الآن.

على عكس مصادر الطاقة المتجددة الأخرى من حيث الكفاءة والاعتمادية، لا تحتوي تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية على نفس أوجه القصور. نظرًا لحقيقة أن النيوترينو قادرة على المرور عبر كل مادة معروفة تقريبًا، لا تتطلب خلايا النيوترينو فولتيك التعرض لأشعة الشمس من أجل العمل بفعالية. إنها مناسبة للاستخدام في الداخل والخارج، وكذلك تحت الماء، مما يجعلها متعددة الاستخدامات.

لا تتأثر هذه التقنية سلبًا بالثلج أو غيره من الأحوال الجوية السيئة بسبب البساطة التي يمكن بها حماية أجهزة النيوترينو فولتيك أثناء إنتاجها للكهرباء. نظرًا لأن خلايا النيوترينو فولتيك لا تعتمد على الضوء المرئي في عملها، يمكنها الاستمرار في إنتاج نفس القدر من الطاقة حتى لو انخفض عدد ساعات النهار بشكل كبير. توفر أنظمة النيوترينو فولتيك إمدادًا ثابتًا للطاقة لأنها لا تتأثر بالتغيرات في البيئة أو التغيرات الموسمية.

ستزود التكنولوجيا النيوترينو فولتيك للبشرية على نطاق عالمي بمصدر جديد صديق للبيئة للطاقة غير المكلفة والآمنة، مما يحررنا من إملاءات ليس فقط شركات توريد الموارد، ولكن وكذلك شركات النفط والغاز، من خلال تبنيها على نطاق واسع في حياتنا اليومية. وهذه ليست مجرد جولة أخرى من التقدم التقني. إنها ثورة في نظام إمداد الطاقة التقليدي، سيكون لها تأثير عميق على كل من النمو الاقتصادي المستقبلي لحضارتنا والرفاهية البيئية لكوكبنا.