ذخیره‌سازی انرژی تجدیدپذیر در آهن امکان‌پذیر است

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما ، به‌دست آوردن انرژی پایدار از باد، خورشید و آب به‌طور معمول شناخته شده و کاربردی است. با این حال، منابع تجدیدپذیر به شرایط محیطی بستگی دارد: در زمان اوج باد و خورشید، انرژی اضافی تولید می‌شود که در زما‌ن‌هایی که باد و آفتاب کمتری وجود دارد، قابل استفاده است. اما باید بتوان  این انرژی اضافی را به‌طور موثر ذخیره کرد و انتقال داد . 

تاکنون هیچ راه مطمئن، ایمن و ارزانی برای ذخیره انرژی زیاد در یک ظرف با حجم کم پیدا نشده است. در حال حاضر، دانشمندان از Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE) و دانشگاه صنعتی آیندهوون تجزیه و تحلیل کردند که چگونه فلزات، به ویژه آهن، می‌توانند برای ذخیره انرژی استفاده شوند و کدام عوامل کارایی ذخیره‌سازی و استفاده مجدد را تعیین می‌کنند.

آن‌ها یافته‌های اخیر خود را در مجله Acta Materialia در قالب مقاله‌ای با عنوان «تحولات فاز و تکامل ریزساختار در طی احتراق پودر آهن» منتشر کردند.

«لورین چویز » از محققان این پروژه می‌گوید: «ذخیره انرژی در فلزات و سوزاندن آن‌ها برای آزاد کردن انرژی در هر زمان که نیاز باشد، روشی است که در فناوری هوافضا استفاده می‌شود. هدف ما این بود که بفهمیم به‌طور دقیق چه اتفاقی در مقیاس میکرو و نانو در طول احیاء و احتراق آهن می‌افتد و چگونه تکامل ریزساختار بر کارایی فرآیند تأثیر می‌گذارد. علاوه‌بر این، ما می‌خواستیم بفهمیم که چگونه می‌توان این فرآیند را بدون اتلاف انرژی انجام داد.»

هنگامی که سنگ آهن به آهن تبدیل می‌شود، انرژی زیادی به‌طور طبیعی در آهن احیا شده و ذخیره می‌شود. ایده این است که هر زمان که نیاز بود با اکسید کردن آهن به اکسید آهن، این انرژی را از آهن خارج کنیم. در زمان فراوانی، انرژی اضافی از باد، خورشید یا آب، این سنگ آهن می‌تواند دوباره به آهن تبدیل و انرژی ذخیره شود.

دانشمندان در هنگام توصیف «سوختن» به معنای اکسیداسیون، از احتراق صحبت می‌کنند که آهن به سنگ آهن باز می‌گردد. لورین چویز و همکارانش در MPIE روی ویژگی‌های پودر‌های آهن پس از احیاء و احتراق با استفاده از میکروسکوپ پیشرفته و روش‌های شبیه‌سازی برای تجزیه و تحلیل خلوص پودر، مورفولوژی، تخلخل و ترمودینامیک فرآیند احتراق تمرکز کردند.

ریزساختار به‌دست‌آمده از پودر‌های آهن سوخته شده برای تعیین کارایی فرآیند احیاء بررسی شد، محققان به دنبال این سوال بودند که آیا فرآیند احیاء و احتراق کاملاً چرخه‌ای است یا خیر، به این معنی که نیازی به افزودن انرژی یا ماده اضافی هست یا نه.

در حالی که اکسید آهن به آهن تبدیل می‌شود، انرژی ذخیره می‌شود. انرژی در هنگام احتراق آهن به اکسید آهن آزاد می‌شود. بهینه‌سازی این فرآیند می‌تواند منجر به ذخیره‌سازی کاملاً چرخه‌ای و در نتیجه پایدار انرژی شود.

دانشمندان دو مسیر احتراق را ارائه می‌کنند که یکی توسط شعله پروپان پشتیبانی می‌شود و دیگری خودپایدار که تنها سوخت مورد استفاده در آن پودر آهن است و نشان می‌دهد که چگونه مسیر احتراق بر ریزساختار آهن سوخته شده تأثیر می‌گذارد.

نیک فن رویجی محقق دکترا در گروه فناوری احتراق دانشگاه صنعتی آیندهوون می گوید : «ما در حال حاضر مراحل احتراق را به سطح مرتبط صنعتی ارتقا می‌دهیم تا عوامل دقیقی مانند دما و اندازه ذرات را که مورد نیاز است، تعیین کنیم.»

مطالعه اخیر نشان داد که استفاده از فلزات برای ذخیره انرژی امکان‌پذیر است. مطالعات آتی چگونگی افزایش فرآیند چرخه‌ای را تحلیل می‌کند، زیرا اندازه برخی از ذرات احتراق در مقایسه با اندازه اصلی آن‌ها به دلیل تبخیر جزئی آهن، انفجار‌های ریز و/یا شکستگی برخی از ذرات اکسید آهن کاهش می‌یابد.