جایگزینی کامل انرژی تجدید پذیر با سوخت فسیلی

انرژی تجدید پذیر

---

طبق پیش بینی های به عمل آمده محققان به این مهم دست یافتند که طی سه سال آینده مردم سراسر دنیا می تواند مصر نفت و ذغال سنگ را کنار بگذارد، البته نه به خاطر اینکه ذخایر آن به اتمام می‌رسد بلکه به این دلیل که قیمت انرژی خورشیدی و خودروهای الکتریکی در حال کاهش است و سیاست‌های آب و هوایی قوی‌تری در جهان وجود دارد.

به گزارش زیست آنلاین و به نقل از انجمن انرژی های تجدید پذیر، طی ۷ سال گذشته هزینه‌ پنل‌های خورشیدی تا ۸۵ درصد کاهش یافته است. کاهش قیمت آن‌ها سبب شد که نصب‌های خورشیدی در سال ۲۰۱۵ و ۲۰۱۶ به بیشترین تعداد خود برسد. هزینه باتری‌های لیتیومی از سال ۲۰۱۵، ۶۵ درصد کاهش یافته است.هر دوی این تغییرات به سرعت انجام یافته.و از طرفی ابر خازنها با عمر طولانی به کمک باطریها آمدند. و مدل‌های بازار انرژی که در حال‌ حاضر وجود دارد دیگر قدیمی شده است.

موسسه اکسون در چشم انداز انرژی در سال ۲۰۱۷ پیش‌بینی کرد که ترکیبات انرژی در سال ۲۰۴۰ بسیار شبیه شرایط امروز است: زیر سلطه نفت و گاز، زغال سنگ کمتر و مقداری افزایش در انرژی‌های تجدید‌پذیر.
این مطالعه‌ جدید از این ایده حمایت می‌کند که سوخت‌های فسیلی دیگر یک سرمایه‌گذاری بد است. برخی از سناریوها نشان می‌دهد که طی یک دهه آینده ۱۰ درصد از بازار ممکن است از سوخت‌های فسیلی دور شوند. با تغییرات ۱۰  درصدی صنعت‌ سوخت‌های فسیلی در آمریکا فروخواهد پاشید.

ابرخازن گرافنی آغازگر فصلی نوین در ذخیره انرژی

گرافن فعال شده ابرخازن مرغوب با ظرفیت بسیار بالا در عین قابلیت آزادسازی سریع انرژی، برای ذخیره ی انرژی می سازد.

دانشمندان آزمایشگاه ملی آمریکا ساختار نوع کمیابی از کربن را در مقیاس نانو برای یافتن علت اینکه چرا این ماده جدید در هنگام مواجه با بار زیاد الکتریکی مانند یک اسفنج فوق جاذب عمل می کنند  کشف کرده اند. این ماده که به تازگی در دانشگاه تگزاس-آستین  ساخته شده بود  می تواند بعنوان یک "ابر خازن"  برای ذخیره ی انرژی استفاده شود که دارای گنجایش بسیار بالا در عین قابلیت آزادسازی سریع انرژی، شارژ مجدد سریع، و طول عمر حداقل 10،000 سیکل شارژ و دشارژ می باشد.
این ویژگیهای این شکل جدید از کربنها-ذخیره ی انرژی الکتریکی در کنار آزادسازی سریع انرژی- آنها را به عنوان مثال برای کاربرد در خودروهای برقی و یا ذخیره ی  برق تولید شده از منابعی مانند باد و انرژی خورشیدی بسیار جذاب می کند.
ابر خازن ها همانند باتری ها بار الکتریک ذخیره می کنند. باطری ها این کار را از طریق واکنش های شیمیایی بین الکترودهای فلزی و مایع الکترولیت انجام می دهند. از آنجا که این مواد شیمیایی برای واکنش به زمان احتیاج دارند، عملیات ذخیره سازی و آزادسازی انرژی به نسبت کند انجام می پذیرد. در نتیجه باطریها انرژی زیادی ذخیره می کنند و آن را با مصرف مدت زمان نسبتا طولانی ای آزاد می کنند.
از سوی دیگر ابرخازن، بارها را به  شکلی شبیه به الکتریسیته ساکن به صورت یون هایی در سطح الکترود ها ذخیره می کنند. بدین ترتیب بار الکتریکی در سطح بین دو الکترودها و الکترولیت ذخیره می شود.  منافذ روی الکترودها مساحت سطح تماس الکترولیت  را افزایش داده و بدین ترتیب میزان انرژی بیشتری در خازن ذخیره می شود.
اما به این دلیل که بیشتر خازن ها نمی توانند به اندازه ی باطری ها انرژی ذخیره کنند، استفاده از آنها تاکنون  به کاربردهایی که میزان کمی از انرژی مورد نیاز است، مانند دستگاههای الکترونیک متحرک محدود شده بود.
ماده ابداع شده ی جدید توسط محققان دانشگاه آستین تگزاس می تواند این واقعیت  را تغییر دهد. ابرخازن های ساخته شده با این ماده دارای چگالی انرژی نزدیک به باتری های اسید-سربی هستند.
رودنی رووف رهبر گروه تحقیقاتی در دانشگاه آستین تگزاس می گوید :"ماده ی جدید ویژگی های دو سیستم الکتریکی ذخیره برق را ترکیب کرده است؛ ما محصور عملکرد استثنایی آن شده ایم."
تیم دانشگاه تگزاس با استفاده از پتاسیم هیدروکسید اقدام به بازسازی ورقه های گرافن و ساخت نوع متخلخل کربن  کرده است. این چنین فعال سازی های شیمیایی تاکنون برای تولید انواع مختلف کربن فعال شده به کار رفته است که از آنها در فیلترها و سایر کاربردها نظیر ابرخازن ها استفاده می شود.
اما از آنجا که این فرم جدید از کربن بسیار مرغوب تر از انواع پیشین بود، محققان دانشگاه آستین می دانستند که باید ویژگی های آن را در سطح نانو تشریح کنند.
رووف حدس زده بود که این ماده شامل شبکه ای متخلخل و سه بعدی با دیواره هایی به ضخامت یک اتم کربن است. وی برای تایید و یا رد حدس خود به نزد استاچ در بروخاوان رفت.
استاچ و همکار وی دانگ سو مطالعات گسترده ای در آزمایشگاههای مجهز برروی این ماده انجام داده و  سرانجام اعلام نمودند:" مطالعات ما نشان می دهد که حدس رووف درست بوده است و ساختار ماده در مقیاس نانو به صورت شبکه ای از دیوارهای به شدت خمیده و به نازکی یک اتم است که سوراخهای بسیار ریزی با پهنای 1 تا 5 نانومتر را شکل می دهند. مطالعات همچنین شامل تصاویر دقیقی از ساختار سوراخها و دیوارهای کربنی می باشد. "
استاچ می گوید:"ماه هنوز با روف کار می کنیم تا توصیف کاملتری از ساختار ماده ارائه دهیم. ما در حال اضافه کردن  مطالعات محاسباتی هستیم تا بتوانیم دریابیم که این شبکه ی سه بعدی چگونه شکل گرفته است بلکه قادر باشیم سوراخ ها را در اندازه ای بسازیم که برای کاربردهای خاص  مانند خازن ها، کاتالیزورها، و سلولهای سوختی بهینه باشد".
در عین حال، دانشمندان می گویند که فن آوری های تولید این نوع جدید از کربن به سادگی قابل انتقال به تولید صنعتی است. به گفته ی رووف :"این ماده که به سادگی از یکی از فراوان ترین عناصر جهان قابل ساخت است تاثیرات عظیمی را در تحقیقات و فن آوری هم در زمینه ی ذخیره و هم در زمینه تبدیل انرژی ایجاد خواهد نمود".
 

استفاده از ابر خازنها بجای باطری در ذخیره برق

محققان دانشگاه اورلئان و مرکز ملی تحقیقات علمی فرانسه برای نخستین بار با استفاده از روشی ابداعی، نوعی بازآرایی مولکولی در ابر خازن‌ها کشف کرده‌اند که ابزار جدیدی را برای بهینه سازی و بهبود خازن‌ها در اختیار دانشمندان قرار خواهد داد.
 
به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا) منطقه اصفهان و به نقل از پایگاه خبری Sciencedaily، ابرخازن‌ها دستگاه‌های ذخیره کننده الکتریسیته هستند که کاملا با باطری‌ها تفاوت دارند. بر خلاف باطری‌ها، ابر خازن‌ها بسیار سریع تر شارژ می‌شوند (معمولا در چند ثانیه) و به علت شارژ و تخلیه مکرر، از نظر خورگی نیز آسیب نمی‌بینند.
 
از سویی دیگر در مقایسه یک ابر خازن و باطری هم اندازه باید گفت که گرچه ابر خازن‌ها  انرژی بیشتری را ارایه می‌دهند، اما نمی‌توانند مانند باطری‌ها انرژی الکتریسیته زیادی را ذخیره کنند.

ابر خازن‌ها برای بازیابی انرژی ترمز در بسیاری از وسایل نقلیه (خودرو، اتوبوس، قطار) مورد استفاده قرار می‌گیرند. یک ابر خازن، انرژی الکتریسیته را طی بر هم کنش بین الکترودهای کربنی نانو متخلخل و یون‌ها که بارهای الکتریکی مثبت و منفی را در مایعی به نام الکترولیت حمل می‌کنند، ذخیره می‌کنند.

در زمان شارژ، آنیون‌ها (یون‌های باردار منفی) با کاتیون‌ها (یون‌های باردار مثبت) در الکترود منفی جایگزین می‌شوند و بالعکس. هرچه این تبادل بیشتر باشد و هرچه مساحت سطح کربن بالاتر باشد، ظرفیت ابر خازن هم افزایش می‌یابد.

محققان با استفاده از طیف سنجی تشدید مغناطیسی هسته (NMR) موفق شدند تا برای نخستین بار، کمیت نسبی که طی آن تبادل‌های باری موجود بین دو ابر خازن با کربن‌های تجاری رایج صورت می‌گیرد، تعیین کنند.
 
پژوهشگران با مقایسه دو ماده کربنی نانو متخلخل توانستند نشان دهند ابرخازن‌های دارای کربن که بیشترین ساختار بی نظم را دارند، ظرفیت الکتریکی بیشتر و تحمل ولتاژ بالایی را از خود نشان می‌دهند.

این امر می‌تواند به علت توزیع شارژ الکتریکی بهتر به محض تماس با مولکول‌های الکترولیت باشد.

نتایج این تحقیق به طور آنلاین در مجله "Nature Material" منتشر شده است.