الخرسانة أحد رموز العصر الصناعي. والآن، يُعيد معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) تعريفها لتصبح مصدرًا جديدًا للطاقة.
متر مكعب واحد من الخرسانة قادر على تخزين 2 كيلوواط/ساعة من الكهرباء، أي ما يكفي لتشغيل ثلاجة لمدة 24 ساعة. يفتح هذا الإنجاز آفاقًا لبناء مبانٍ مستقبلية قادرة على إنتاج وتخزين وتوفير الكهرباء بنفسها.
من مواد البناء إلى أجهزة تخزين الطاقة
الخرسانة هي مادة مرتبطة بجميع الإنشاءات، من المنازل والجسور إلى المباني الشاهقة.
يعمل فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على تحويله إلى "جهاز طاقة". الخرسانة الجديدة، المسماة ec3، اختصارًا لـ "خرسانة كربونية موصلة للإلكترونات"، مصنوعة من الأسمنت والماء والكربون الأسود، وهي مادة شديدة التوصيل.
بخلاف الخرسانة التقليدية، يمكن لـ EC3 أن يعمل كمكثف فائق. بعد خلطه وتشكيله ومعالجته، تُغمر كتلة الخرسانة في محلول إلكتروليت يسمح للأيونات المشحونة بنفاذ شبكة الكربون.
النوع الجديد من الخرسانة يسمى ec3، وهو اختصار لـ "الخرسانة الكربونية الموصلة للإلكترون" (الصورة: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا).
سيؤدي وجود قطبين ec3 منفصلين بطبقة عازلة رقيقة إلى إنشاء هيكل قادر على تخزين الكهرباء.
بعد عامين من التحسين، نجح فريق البحث في زيادة سعة تخزين ec3 بنحو 10 مرات مقارنة بالإصدار الأول الذي تم الإعلان عنه في عام 2023. ويمكن الآن لمتر مكعب واحد من المادة تخزين أكثر من 2 كيلووات في الساعة، وهو ما يكفي لتشغيل ثلاجة ليوم كامل.
فك شفرة البنية النانوية الرئيسية لزيادة سعة التخزين
ولتحقيق هذه النتيجة، استخدم العلماء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تقنية مجهرية تسمى التصوير المقطعي بالمسح الإلكتروني FIB، والتي تسمح بمراقبة شبكات النانوكربون داخل الخرسانة بدقة ثلاثية الأبعاد عالية للغاية.
هذا مكّنهم من فهم أفضل لكيفية ارتباط جزيئات الكربون الأسود بالإسمنت وتكوين نظام موصل. عند تكريرها على المستوى النانوي، تزداد مساحة السطح، مما يسمح للمادة بحمل المزيد من الشحنة.
اختبر الفريق أيضًا محاليل إلكتروليتية مختلفة. وقد أدى الجمع بين ملح الأمونيوم الرباعي والمذيب الموصل أسيتونتريل إلى خلق بيئة كهروكيميائية مستقرة، مما أدى إلى زيادة ملحوظة في كثافة الطاقة.
تمت إضافة أقطاب كهربائية أكثر سمكًا لتوسيع سعة التخزين دون الحاجة إلى معالجة لاحقة.
تُقدَّر كثافة الطاقة لألواح EC3 حاليًا بحوالي 200 واط/م 3 ، وهي أعلى بكثير من كثافة الطاقة في مواد البناء التقليدية. وبهذه الكفاءة، تكفي بضعة كتل من جدران ألواح EC3 في شقة لتخزين الكهرباء لفترة قصيرة.
عندما يمكن للخرسانة أن تشعر وتتفاعل
بالإضافة إلى تخزين الكهرباء، يستطيع ec3 أيضًا استشعار البيئة والتفاعل معها. في إحدى التجارب، بنى العلماء نموذجًا قبةً صغيرًا باستخدام ec3، ما يكفي من الكهرباء لإضاءة مصباح LED بجهد 9 فولت.
لا تقوم الخلايا الكهروضوئية ec3 بتخزين الكهرباء فحسب، بل يمكنها أيضًا "الاستشعار" والتفاعل مع البيئة (الصورة: معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا).
عندما قاموا بتطبيق حمل، كان خرج الضوء يختلف باختلاف القوة المطبقة، مما يشير إلى أن الجهد يتقلب وفقًا لذلك.
صرح الدكتور أدمير ماسيك، المدير المشارك لمركز أبحاث EC3، بأنه في حال تعرض قبة EC3 كاملة الحجم لرياح قوية أو أحمال غير عادية، فإن إنتاجها من الطاقة سيتذبذب. ويمكن استخدام هذه الإشارة لمراقبة حالة الهيكل آنيًا.
تفتح هذه التقنية آفاقًا جديدة لبناء مبانٍ قادرة على تحذير نفسها عند تشققها أو اهتزازها أو تعرضها لضغط زائد. لن يكون كل هيكل مجرد كتلة خرسانية ثابتة، بل نظامًا مادّيًا "ذكيًا" قادرًا على التفاعل مع البيئة.
خطوات للأمام نحو الطاقة النظيفة والبنية التحتية المستدامة
يأتي إطلاق EC3 في وقتٍ يحتاج فيه العالم بشدة إلى حلول تخزين الطاقة المتجددة. تتميز بطاريات أيون الليثيوم بكفاءة عالية، لكنها باهظة الثمن، ويصعب إعادة تدويرها، وتعتمد على معادن نادرة.
وفي الوقت نفسه، فإن الخرسانة رخيصة ومتينة ومتوفرة على نطاق واسع ويمكن إنتاجها بكميات كبيرة دون التسبب في تأثير كبير على البيئة.
وتأمل مؤسسة ماساتشوستس للتكنولوجيا أن يتم دمج ec3 في أساسات المنازل والجدران والأرصفة أو الطرق لتخزين الكهرباء من الألواح الشمسية وطواحين الهواء.
عند وجود فائض من الطاقة، يخزنها النظام ويطلقها عند ارتفاع الطلب. في اليابان، تم اختبار هذه التقنية لتدفئة الأرصفة في سابورو للمساعدة في إذابة جليد الشتاء.
إذا تم تسويقها تجاريا، يمكن لـ ec3 تحويل البنية التحتية الحضرية بأكملها إلى شبكة بطاريات موزعة، مما يساهم في استقرار الشبكة الوطنية وتقليل الاعتماد على الطاقة الأحفورية.
يعترف معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بأن مادة ec3 لا تزال غير قادرة على مضاهاة البطاريات التجارية من حيث كثافة الطاقة، ولكنها تفتح الباب أمام مستقبل حيث لا تكون الخرسانة مجرد مادة تحمل الأحمال ولكن أيضًا جزءًا من نظام الطاقة.
المصدر: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/chung-cu-co-the-la-khoi-pin-khong-lo-trong-tuong-lai-20251014080130790.htm
تعليق (0)