دانشگاه استنفورد تکنولوژی سوخت مایع را برای ذخیره‌سازی انرژی معرفی کرد!

دانشمندان استنفورد با توسعه سیستم‌های کاتالیزوری جدید برای تولید ایزوپروپانول جهت بهینه‌سازی نگهداری و آزادسازی انرژی، در حال بهبود روش‌های ذخیره سوخت مایع هستند.

همزمان با تغییر سریع کالیفرنیا به استفاده از سوخت‌های تجدیدپذیر، نیاز به فناوری‌های جدید برای ذخیره انرژی در شبکه برق وجود دارد. انرژی خورشیدی در شب‌ها و یا فصل زمستان کاهش می‌یابد، توان بادی نیز متغیر است، در نتیجه، این ایالت به شدت به گاز طبیعی وابسته است تا نوسانات تولید انرژی تجدیدپذیر را متعادل کند.

رابرت ویموث، پروفسور شیمی رابرت اکلز سوین در دانشکده علوم انسانی و تجربی گفت:

“شبکه‌ی برق، انرژی را با همان سرعتی که تولید می‌شود استفاده می‌کند و اگر در همان زمان استفاده نشود و نتوان آن را ذخیره کرد، باید دور ریخته شود.”

ویموث رهبری تیم دانشگاه استنفورد برای بررسی یک فناوری نوظهور، یعنی حامل‌های هیدروژن آلی در فاز مایع (LOHCs)، جهت ذخیره انرژی تجدیدپذیر را بر عهده دارد. هیدروژن قبل از این نیز به عنوان سوخت یا وسیله‌ای برای تولید برق استفاده می‌شد، اما نگهداری و کنترل آن مشکل است.

ویموث، نویسنده ارشد مطالعه‌ای که این کار را در مجله انجمن شیمی آمریکا تشریح کرده است، گفت:

“ما در حال توسعه استراتژی جدیدی برای تبدیل و ذخیره طولانی مدت انرژی الکتریکی در سوخت‌های مایع هستیم، همچنین یک سیستم نوآورانه و انتخابی کاتالیزوری برای ذخیره انرژی الکتریکی در یک سوخت مایع بدون تولید گاز هیدروژن کشف کردیم.”

باتری‌های مایع

باتری‌هایی که برای ذخیره برق در شبکه استفاده می‌شوند، به علاوه باتری‌های تلفن‌های هوشمند و وسایل نقلیه الکتریکی، از فناوری‌های لیتیوم-یون استفاده می‌کنند. به دلیل مقیاس بزرگ ذخیره انرژی، پژوهشگران همچنان به دنبال سیستم‌هایی هستند که بتوانند این فناوری‌ها را تکمیل کنند.

از جمله این گزینه‌های در دسترس، LOHC‌ها هستند که می‌توانند هیدروژن را با استفاده از کاتالیزورها و دماهای بالا ذخیره و یا آزاد کنند. احتمالاً LOHC‌ها در آینده می‌توانند به‌طور گسترده به عنوان “باتری‌های مایع” عمل کنند، یعنی انرژی را ذخیره کرده و به‌طور کارآمد زمانی که نیاز باشد به عنوان سوخت قابل استفاده یا برق استفاده شوند.

تیم ویموث ایزوپروپانول و استون را به عنوان مواد اولیه در سیستم‌های ذخیره و آزادسازی انرژی هیدروژنی مطالعه کردند. ایزوپروپانول مایعی با چگالی بالای هیدروژن است که می‌تواند ذخیره شود یا از طریق زیرساخت‌های موجود حمل گردد تا زمانی که به عنوان سوخت در یک سلول سوختی استفاده شده یا هیدروژن آن بدون انتشار دی‌اکسید کربن برای استفاده آزاد شود.

با این حال، روش‌های تولید ایزوپروپانول با الکتریسیته کارآمد نیستند. دو پروتون و دو الکترون از آب می‌توانند به گاز هیدروژن تبدیل شوند، سپس یک کاتالیزور می‌تواند ایزوپروپانول را از این هیدروژن تولید کند. ویموث گفت:

“اما قطعاً نباید گاز هیدروژن در این فرایند تولید شود چراکه چگالی انرژی آن به ازای واحد حجم پایین است. ما نیاز به راهی داریم تا ایزوپروپانول را مستقیماً از پروتون‌ها و الکترون‌ها بدون تولید گاز هیدروژن بسازیم.”

دانیل مارون، نویسنده اصلی این مطالعه که اخیراً دکترای خود را در رشته شیمی از دانشگاه استنفورد به پایان رسانده است، راه‌حل این مسئله را شناسایی کرد. او یک سیستم کاتالیزور را توسعه داد که قادر است دو پروتون و دو الکترون را با اَستون ترکیب کرده و به صورت انتخابی ایزوپروپانول (LOHC) تولید کند، بدون اینکه گاز هیدروژن تولید شود. او با استفاده از ایریدیوم به عنوان کاتالیزور این کار را انجام داد.

یکی از شگفتی‌های کلیدی این بود که افزودنی کبال‌تو‌سن به‌طرز جادویی عمل می‌کرد. کبال‌تو‌سن، یک ترکیب شیمیایی از کبالت، مدت‌ها به عنوان یک عامل کاهنده ساده استفاده می‌شد و نسبتاً ارزان است. پژوهشگران دریافتند که کبال‌تو‌سن هنگامی که به عنوان هم‌کاتالیزور در این واکنش استفاده می‌شود، به‌طور غیرعادی کارآمد است و مستقیماً پروتون‌ها و الکترون‌ها را به کاتالیزور ایریدیوم منتقل می‌کند، به جای اینکه همانطور که پیشتر انتظار می‌رفت گاز هیدروژن را آزاد کند!

این کشف نشان‌دهنده پیشرفتی قابل‌توجه در فناوری کاتالیزور‌ها است و می‌تواند به کاربردهای گسترده‌ای در صنایع مختلف منجر شود.

دانش بنیادی برای آینده

قبل از این نیز کبالت یک ماده رایج در باتری‌ها بود و تقاضای زیادی داشت، بنابراین تیم استنفورد امیدوار است که درک جدید از ویژگی‌های کبال‌توسن بتواند به دانشمندان کمک کند تا کاتالیزورهای دیگری برای این فرآیند توسعه دهند. برای مثال، پژوهشگران در حال بررسی کاتالیزورهای فلزی غیرقیمتی و فراوان‌تر مانند آهن هستند تا سیستم‌های LOHC آینده را مقرون به صرفه‌تر و مقیاس‌پذیرتر کنند.

ویموث گفت:

“این علمی بنیادین است، اما ما فکر می‌کنیم که استراتژی جدیدی برای ذخیره انرژی الکتریکی به صورت انتخابی در سوخت‌های مایع داریم”.

با تکامل این کار، امید است که سیستم‌های LOHC بتوانند ذخیره انرژی را برای صنایع و بخش‌های انرژی یا برای مزارع خورشیدی یا بادی بهبود بخشند.

با وجود تمام کارهای پیچیده و چالش‌برانگیز که در پشت صحنه، این مطالعه انجام شد، خلاصه‌ای که ویموث، از آن ارائه می‌دهد بسیار زیبا است:

“وقتی انرژی اضافی دارید و هیچ تقاضایی برای آن در شبکه وجود ندارد، آن را به صورت ایزوپروپانول ذخیره می‌کنید. وقتی نیاز به انرژی دارید، می‌توانید آن را به عنوان برق بازگردانید!”

منبع: Scitechdaily