تخزين الطاقة الحرارية بنظام الامتصاص المفتوح .. تقنية يبتكرها باحث مصري

يُعدّ تخزين الطاقة الحرارية إحدى التقنيات الحديثة لمواجهة أزمة الطاقة وخفض الانبعاثات الكربونية الصادرة عن الإفراط في استعمال الوقود الأحفوري.

وفي هذا الإطار، توصّل الباحث بقسم الهندسة الكهربائية في كلية الهندسة بجامعة المنصورة المهندس هشام عمر إلى تقنية جديدة لتخزين الحرارة باستعمال نظام الامتصاص المفتوح، وفق ما اطّلعت عليه منصة الطاقة المتخصصة (مقرّها واشنطن).

وأكد الباحث المصري أنه لا بد من تحقيق الاستغلال الأمثل للكم الهائل من الموارد المتجددة -بما في ذلك الشمس والرياح والمحيطات والكتلة الحيوية وحرارة باطن الأرض- لتلبية الطلب المتزايد على الطاقة.

وأشار إلى أن زيادة التوجه نحو الطاقة النظيفة ستؤدّي دورًا -كذلك- في خفض مستويات الانبعاثات الكربونية الصادرة عن الوقود الأحفوري المُتسببة في تغير المناخ والاحترار العالمي.

نطاق التطبيق

يُعرف تخزين الطاقة الحرارية (TES) بالاحتفاظ المؤقت بالحرارة في شكل مواد باردة أو ساخنة لاستعمالها لاحقًا، ويمكن أن يتمثل نطاق التطبيق في تخزين الطاقة الشمسية الموسمي في نطاقات درجات الحرارة العالية لاستعمالها في التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والتبريد.

ويوضح الإنفوغرافيك التالي -الذي أعدّته منصة الطاقة المتخصصة- تصنيف أنظمة تخزين الطاقة الحرارية الرئيسة، بما في ذلك الحرارة المعقولة والكامنة والمواد الكيميائية الحرارية:

أنواع تقنيات التخزين

أوضح المهندس هشام عمر -في تصريحات خاصة إلى منصة الطاقة المتخصصة- أن هناك عدّة تقنيات لتخزين الحرارة لاستعمالها في التطبيقات المختلفة، وهي:

1- تقنيات تخزين محسوسة:

تقوم هذه التقنية على التخزين بالاعتماد على اختلاف درجة حرارة الوسيط المُستعمَل؛ وتتوقف قيمة كثافة التخزين بشكل وثيق على ناتج حرارته المحددة وفرق درجة الحرارة.

ويُعدّ الماء والصخور والطوب والملح المواد الأكثر شيوعًا بالاستعمال في تطبيقات تخزين الطاقة وفقًا لهذه التقنية.

2- تقنيات الحرارة الكامنة:

في هذه التقنية تُستعمَل مواد لتخزين الحرارة الكامنة تُعرف بمواد تغيير الطور (PCMs) مثل البارافين والثلج ومخاليط أخرى، وتُستعمَل في شحن الطاقة الحرارية وتفريغها.

3- تقنيات التخزين الكيميائي الحراري:

تعتمد هذه التقنية على تخزين الطاقة بعد تفاعل التفكك، خلال عملية الشحن الحراري، على أن تُستعاد مرة أخرى في ردّ فعل عكسي، خلال عملية التفريغ الحراري.

ويمكن إعادة استعمال هذه الطاقة الحرارية المُخزّنة في تطبيقات طويلة المدى.

وأشار الباحث المصري إلى أن هذه التطبيقات قد طُبِّقت على المستوى التجاري في الآونة الأخيرة، وأصبحت تمثّل خيارات واعدة لتخزين الطاقة الحرارية.

ولفت إلى أن هذه التطبيقات تتّسم بمميزات عديدة، من بينها تخزين الطاقة الحرارية لأوقات أطول، وتوفير كثافة تخزين عالية نسبيًا، والتخزين في درجة حرارة قريبة من المحيط.

4- نظام الامتزاز المفتوح:

تعمل أنظمة الامتزاز المفتوحة في حلقة مفتوحة مقترنة بهواء الغلاف الجوي؛ لذا يُستعمَل الماء في الطور الغازي بمثابة ممتز.

وفي عملية الامتزاز المفتوحة، يمكن تخزين الطاقة الحرارية في 3 خطوات:

1. الشحن: يُسخَّن تيار هواء جاف بوساطة مصدر حرارة ليصبح ساخنًا وجافًا، ويمرر في عمود الامتزاز لإزالة المادة الممتزة.
2. التخزين: يمكن تخزين الطاقة الحرارية بإحدى الطرق السابقة بالاستعانة بمواد من البيئة المحيطة.

وبعد الامتصاص، يمكن نظريًا أن تظل مادة الامتصاص مشحونة حتى تنشط عملية الامتزاز.

3. التفريغ (الامتزاز): يذهب تيار الهواء الرطب إلى العمود الماص، وتتشبع مادة الامتصاص بجزء من بخار الماء الموجود في الهواء.

ويُعدّ الامتزاز عملية فيزيائية طاردة للحرارة؛ لذا، فإن حرارة الامتصاص المنبعثة تجعل الهواء أكثر سخونة؛ ما يجعله مناسبًا للاستعمال في التدفئة.

ويوضح الإنفوغرافيك التالي -الذي أعدّته منصة الطاقة المتخصصة- شرحًا تخطيطيًا لنظام الامتزاز المفتوح لتخزين الحرارة:

التحقق من النتائج

يقدّم البحث الجديد دراسة نظرية وعملية لطريقة تخزين الطاقة الحرارية باستعمال نظام امتصاص مفتوح.

ويدرس النموذج النظري عمليات انتقال الكتلة والطاقة في النظام، التي اعتمد الباحث في حل معادلاتها على استعمال برنامج COMSOL، وتحقَّق من صحة النموذج بمقارنته مع التجارب المعملية التي أُجريت في ظروف مختلفة باستعمال السليكا جيل بمثابة ممتزات.

وأجرى الباحث تجارب معملية لدراسة تأثير تغير معدل التدفق والرطوبة النسبية على كمية الطاقة المُخزّنة.

واشتملت النتائج على درجات الحرارة الخارجة من النظام وكثافة تخزين الطاقة خلال عملية الامتزاز وتحليلها لمختلف الظروف، كما أظهرت أن هناك مفاضلة بين كمية الطاقة المنطلقة ودرجة الحرارة الخارجة؛ لذا أوصت بالاختيار الأمثل بينهما قبل اختيار معدل التدفق المناسب.

وكشفت النتائج أن كثافة الحرارة المُخزنة، ودرجة الحرارة المنطلقة، تزداد مع زيادة رطوبة الهواء الداخل للنظام.

موضوعات متعلقة..

• الطاقة الحرارية الأرضية في الأردن تترقب تطورات جديدة بتمويل دولي
• سوق تخزين الطاقة الحرارية العالمية تسجل 32 مليار دولار بحلول 2030
• تخزين الطاقة الحرارية في الصخور.. تقنية رخيصة وغير تقليدية

اقرأ أيضًا..

• موعد بدء إنتاج الغاز من حقل ضخم في مصر (خاص)
• حقل أفروديت للغاز يثير الجدل مجددًا.. وحقل ظهر المصري يترقب الموقف
• تصدير الصلب الأخضر.. دولة عربية ستكون الأرخص بالنسبة لأوروبا
• أكبر 10 دول في انبعاثات الميثان من مناجم الفحم (إنفوغرافيك)