به نقل از «عصر ایران»

دستیابی به انرژی حرارتی و الکتریکی از ذخیره انرژی سیمان

تاریخ انتشار: ۲ آذر ۱۴۰۲ | کد خبر: ۳۹۱۴۶۲۱۳

سیمان، به عنوان پرمصرف ترین مصالح ساختمانی در جهان محسوب می‌شود که ممکن است به زودی ذخیره انرژی آن مورد استفاده قرار گیرد.

به گزارش ایسنا، به تازگی تحقیقات نشان داده‌ است که پتانسیل موجود در سیمان را می‌توان در زمینه باتری‌های حرارتی جامد و ابرخازن‌ها (در صورت ترکیب با کربن) به کار برد.

بلوک‌های سیمانی به عنوان باتری‌های حرارتی

بر اساس مقاله‌ای که به تازگی در مجله علوم کامپوزیت ( Composites Science) منتشر شده است، دانشمندان روشی را برای تولید بلوک‌های سیمانی ابداع کرده‌اند که این بلوک‌ها به طور موثر می‌توانند به عنوان باتری حرارتی عمل کنند.

بیشتر بخوانید: اخباری که در وبسایت منتشر نمی‌شوند!

تکنیک مورد استفاده به این صورت است که بلوک‌های سیمانی با توانایی جذب برق تجدیدپذیر و سپس تخلیه آن در زمان تقاضا به عنوان منبع گرمای قابل استفاده به کار می‌روند.

بلوک‌های ذخیره‌سازی انرژی تولید شده، حاوی مواد تغییر فاز دهنده هستند که با داشتن این ویژگی می‌توانند الکتریسیته را در زمانی که فراوان‌ترین و ارزان‌ترین الکتریسیته از شبکه یا منابع تجدیدپذیر موجود است، جذب کنند.

سپس بلوک‌های شارژ شده می‌توانند به عنوان باتری‌های حرارتی جامد عمل کنند و انرژی ذخیره شده خود را به عنوان گرما در صورت نیاز برای سیستم‌های گرمایش آب و فضا آزاد کنند.

در آزمایش‌های اولیه، این تیم به چگالی انرژی قابل مقایسه با باتری‌های لیتیوم یونی در بلوک‌های مبتنی بر ذخیره‌سازی انرژی سیمانی دست یافتند.

این انرژی ذخیره شده با اضافه شدن آب به صورت گرمای ملایم، ساطع می‌شود. در واقع،   بلوک‌ها می‌توانند ذخیره انرژی طولانی مدت را در چرخه‌های روزانه یا تمام فصول ارائه دهند.

همچنین، پژوهشگران با استفاده از مواد زائدی مانند خاکستر پلاستیکی در طول تولید، به هزینه کمتری نسبت به بلوک‌های بتنی یا باتری‌های معمولی دست یافتند.

سازندگان معتقدند که ذخیره‌سازی انرژی سیمان در باتری‌های حرارتی این قابلیت را دارد که ذخیره انرژی تجدیدپذیر را برای ساختمان‌ها فراهم کند و در عین حال، موجب کاهش تقاضا در زمان پیک شبکه شود.

علاوه بر این، بلوک‌های سیمانی می‌توانند جایگزینی برای استخراج فلزاتی مانند لیتیوم، کبالت و نیکل که استخراج آنها محدود و مخرب است، باشند.

این رویکرد جدید یکی از خواص مفید موجود سیمان، یعنی جرم حرارتی بالای آن را به سمت ذخیره انرژی‌های تجدیدپذیر به جای سوخت‌های فسیلی که به طور سنتی برای گرما در کوره‌های سیمان استفاده می‌شود، هدایت می‌کند. این ابداع نشان می‌دهد که از طریق نوآوری مواد، سیمان می‌تواند به انتقال انرژی پایدار کمک کند.

کامپوزیت‌های سیمان-کربن رسانا

علاوه بر این، محققان دانشگاه MIT پتانسیل ذخیره انرژی سیمان را به یک ابرخازن بسیار کارآمد تبدیل کرده‌اند. در این روش، افزودنی‌های مبتنی بر کربن را به سیمان اضافه می‌کنند تا کامپوزیت‌های مشتق شده از سیمان با خواص رسانایی افزایش یافته ایجاد شود.

تیم MIT دریافته است که ماده به دست آمده از طریق مخلوط کردن سیمان با افزودنی‌های کربن سیاه ارزان قیمت، ویژگی‌های ابرخازن مانندی پیدا می‌کند.

این تیم بیان می‌کند که یک بلوک سیمانی با اندازه حدود ۴۵ متر مکعب می‌تواند به طور بالقوه تا ۱۰ کیلووات ساعت انرژی ذخیره کند که این میزان برابر با میانگین مصرف روزانه یک خانه است.

محققان با بیان اینکه این شیوه هنوز جنبه آزمایشی دارد، می‌گویند: این کامپوزیت‌های ذخیره‌سازی انرژی سیمانی با کربن می‌توانند ذخیره انرژی یکپارچه را در سازه‌های بتنی فعال کنند.

دیوارها، فونداسیون‌ها یا جاده‌ها با چنین مخلوط‌های سیمانی می‌توانند انرژی خورشیدی، باد یا انرژی هدر رفته در محل را برای استفاده بعدی جذب کنند.

کربن ظرفیت ذخیره بار را فراهم می‌کند، در حالی که سیمان در همه جا امکان تولید ارزان را فراهم می‌کند زیرا این کامپوزیت ها به مواد کمیابی مانند لیتیوم یا کبالت متکی نیستند و در ترکیب آن‌ها مزایای منحصر به فردی به عنوان راه حل‌های ذخیره انرژی پایدار ارائه می‌شود.

این دو تکنیک که به تازگی کشف شده‌اند نشان می‌دهند که یکی از فراوان‌ترین مصالح ساختمانی سیاره زمین، یعنی سیمان می‌تواند به طور بالقوه ذخیره انرژی در مقیاس گسترده‌ای را فراهم کند.

این دو ابداع ظرفیت نهفته سیمان را برای ذخیره انرژی از طریق فرآیندهای تولید جدید و مواد کامپوزیتی به نمایش می‌گذارد. با پیشرفت‌های بیشتر، باتری‌ها و ابرخازن‌های مبتنی بر ذخیره‌سازی انرژی سیمان ممکن است ابزارهای جدیدی را برای یکپارچه‌سازی بیشتر انرژی‌های تجدیدپذیر در زیرساخت‌ها ارائه دهند.  

و به طور کلی حضور جهانی کنونی ساخت و ساز بتن به این معنی است که ذخیره انرژی مشتق شده از سیمان پس از تکمیل شدن به سرعت قابل استفاده خواهد بود.

کشف ویژگی‌های نهفته در سیمان از طریق علم و مهندسی مواد ممکن است در آینده نوآوری‌های کلیدی را برای پشتیبانی از شبکه‌ها در حوزه برق و انرژی‌های تجدیدپذیر به همراه داشته باشد.

کانال عصر ایران در تلگرام

منبع: عصر ایران

کلیدواژه: سیمان انرژی باتری های حرارتی بلوک های سیمانی کامپوزیت ها ذخیره انرژی باتری ها بلوک ها

درخواست حذف خبر:

«خبربان» یک خبرخوان هوشمند و خودکار است و این خبر را به‌طور اتوماتیک از وبسایت www.asriran.com دریافت کرده‌است، لذا منبع این خبر، وبسایت «عصر ایران» بوده و سایت «خبربان» مسئولیتی در قبال محتوای آن ندارد. چنانچه درخواست حذف این خبر را دارید، کد ۳۹۱۴۶۲۱۳ را به همراه موضوع به شماره ۱۰۰۰۱۵۷۰ پیامک فرمایید. لطفاً در صورتی‌که در مورد این خبر، نظر یا سئوالی دارید، با منبع خبر (اینجا) ارتباط برقرار نمایید.

با استناد به ماده ۷۴ قانون تجارت الکترونیک مصوب ۱۳۸۲/۱۰/۱۷ مجلس شورای اسلامی و با عنایت به اینکه سایت «خبربان» مصداق بستر مبادلات الکترونیکی متنی، صوتی و تصویر است، مسئولیت نقض حقوق تصریح شده مولفان در قانون فوق از قبیل تکثیر، اجرا و توزیع و یا هر گونه محتوی خلاف قوانین کشور ایران بر عهده منبع خبر و کاربران است.

خبر بعدی:

کشف جدیدی در مورد صاعقه برای اولین در جهان

گروهی از محققان از سوئیس و سوئد به کشفی پیشگامانه دست یافته‌اند که نور جدیدی را بر اسرار پنهان رعد و برق می‌تاباند و این کشف، مشاهده اشعه‌ایکسی است که توسط یک صاعقه مثبت رو به بالا تولید می‌شود.

به گزارش ایسنا، موارد کمی می‌توانند به طور مکرر حیرت انسان‌ها را در سرتاسر جهان برانگیزند اما یکی از آن موارد رعد و برقی است که در آسمان شب ظاهر می‌شود. با این وجود صاعقه فراتر از زیبایی مسحورکننده‌ای که دارد، یک پدیده طبیعی قدرتمند و پیچیده است که دانشمندان هنوز در تلاش برای درک کامل آن هستند.

رعد و برق به صورت اشکال مختلفی در می‌آید، اما یکی از جذاب‌ترین آنها رعد و برق به سمت بالا است. همانطور که از نام آن پیداست، رعد و برق به سمت بالا از بالای سازه‌های بلند مانند آسمان خراش‌ها، توربین‌های بادی یا برج‌های ارتباطی سرچشمه می‌گیرد و به سمت ابرها پرتاب می‌شود. این یک پدیده نسبتا نادر است، اما می‌تواند آسیب قابل توجهی ایجاد کند.

به نقل از اس‌اف، یک گروه تحقیقاتی به سرپرستی توما اورگل-شومونت(Toma Oregel-Chaumont) از موسسه فناوری فدرال سوئیس در لوزان(EPFL) در مرکز تحقیقاتی رعد و برق سنتیس (Säntis) در کوه‌های آلپ آپنزل در شمال شرقی سوئیس به کشف دست یافتند. این مرکز منحصر به فرد در بالای کوه سنتیس، کوهی به ارتفاع ۲۵۰۲ متر قرار دارد که سالانه بیش از ۱۰۰ صاعقه مستقیم به برج ۱۲۴ متری خود را تجربه می‌کند. این برج مجهز به مجموعه‌ای از ابزارهای پیچیده از جمله دوربین‌های پرسرعت، آشکارسازهای اشعه ایکس، حسگرهای میدان الکتریکی و دستگاه‌های اندازه‌گیری جریان است.

با استفاده از این ابزار، محققان چهار رعد و برق مثبت به سمت بالا را ضبط و تجزیه و تحلیل کردند. آنها انتشار پرتو ایکس را در مرحله اولیه هدایتگر منفی رو به بالا که بخشی از رعد و برق است که به صورت پلکانی از برج به سمت بالا منتشر می‌شود، شناسایی کردند. این اولین باری است که چنین انتشاری از اشعه‌ایکس که مستقیما با روند «پلکانی» یک هدایتگر منفی رو به بالا مرتبط است، مشاهده می‌شود.

مکانیسم واقعی که رعد و برق توسط آن شروع و منتشر می‌شود هنوز یک راز باقی مانده است. مشاهده صاعقه به سمت بالا از سازه‌های بلند مانند برج سنتیس این امکان را فراهم می‌کند که ارتباط اندازه‌گیری‌های اشعه ایکس با سایر کمیت‌های اندازه‌گیری شده به طور همزمان، مانند مشاهدات ویدئویی با سرعت بالا و جریان‌های الکتریکی بررسی شود.

تصور می‌شود پرتوهای ایکس مشاهده‌ شده در این مطالعه توسط فرآیندی تولید می‌شوند که زمانی اتفاق می‌افتد که الکترون‌ها به طور ناگهانی کاهش می‌یابند. میدان‌های الکتریکی شدیدی که در جریان تخلیه رعد و برق ایجاد می‌شود، الکترون‌ها را به سرعت‌های بالا شتاب می‌دهند. هنگامی که این الکترون‌ها با مولکول‌های هوا برخورد می‌کنند، به طور ناگهانی کند می‌شوند و انرژی اضافی خود را به شکل اشعه ایکس آزاد می‌کنند.

جالب توجه است که محققان دریافتند که فرکانس و انرژی پالس‌های اشعه ایکس با گذشت زمان کاهش می‌یابد. این نشان می‌دهد که با دور شدن نوک هدایتگر از برج و کاهش قدرت میدان الکتریکی، شرایط برای تولید اشعه ایکس مساعدتر می‌شود.

این مطالعه نه تنها درک اساسی ما از تشکیل رعد و برق را ارتقا می‌دهد، بلکه پیامدهای عملی مهمی نیز دارد. با توجه به اینکه رعد و برق سالانه بیش از ۴۰۰۰ کشته و میلیاردها دلار خسارت در سراسر جهان ایجاد می‌کند و سوئیس به تنهایی ۱۵۰ هزار ضربه سالانه را تحمل می‌کند، درک بهتر نحوه شکل‌گیری صاعقه برای کاهش خطر و طراحی سیستم‌های حفاظتی موثرتر بسیار مهم است.

علاوه بر این، این مطالعه بر اهمیت تحقیقات چند رشته‌ای و مشارکتی در مواجه با سؤالات علمی پیچیده تأکید می‌کند. این گروه از متخصصان، الکتریسیته جوی، فیزیک پرانرژی و ابزار دقیق را برای طراحی و اجرای این آزمایش پیشگامانه گردهم آوردند.

مشاهدات در سنتیس ادامه دارد و دانشمندان قصد دارند یک حسگر مایکروویو را به زرادخانه تجهیزات برج اضافه کنند. این حسگر می‌تواند به تعیین اینکه آیا این فرآیند در رعد و برق رو به پایین نیز رخ می‌دهد یا خیر، کمک کند.

انتهای پیام