تخزين شمسي مستوحى من حروق الشمس: الثورة الكيميائية التي تتفوّق على الكتلة الحرارية التقليدية

تخيّل أن تخزّن ما يكفي من حرارة شمس الصيف لتبقي منزلك دافئًا طوال الشتاء - من دون بطاريات، ولا ألواح، فقط خزان من سائل عالي التقنية «يتذكّر» حرق الشمس. يبدو الأمر كأنه خيال علمي، لكن الأبحاث الحديثة في تخزين الطاقة الحرارية الشمسية الجزيئية (MOST) تحوّل هذه الفكرة الجامحة إلى واقع، واعدةً بترك أنظمة الكتلة الحرارية القديمة في الغبار.

في الأيام التي سبقت سيطرة الألواح الشمسية على أسطح المنازل، كان تخزين الطاقة الشمسية يعني خزانات ماء كبيرة وثقيلة أو جدرانًا من الحجر - حلولًا بسيطة لكنها ضخمة وغير عملية. وكان الكأس المقدسة دائمًا مواد تغيّر الطور، مثل الشموع أو الأملاح، التي تستطيع حبس مزيد من الحرارة عبر الانصهار وإعادة التجمّد. لكن الباحثين الآن انتقلوا إلى المستوى الجزيئي، مستلهمين الفكرة من حرق الشمس المتواضع.

وهنا المفاجأة: عندما تُصاب بحروق الشمس، تُحدث الأشعة فوق البنفسجية انثناءات في بروتينات جلدك، فتُعبّئ الطاقة داخل أشكالها الملتوية. أدرك العلماء أن بعض المواد الكيميائية يمكنها فعل الشيء نفسه - لكن بدلًا من مجرد «البرود»، تحتاج هذه الجزيئات إلى دفعة كيميائية (حمّام حمضي في المختبر) لإطلاق طاقتها المخزّنة. وهنا يأتي دور البيريميدون، وهو جزيء يمتص أشعة الشمس فوق البنفسجية ثم يستقر بهدوء في حالة عالية الطاقة لأشهر - إلى أن تقرر أنت أن وقت الاستفادة من الحرارة قد حان.

يوفّر هذا النهج كثافة طاقة لافتة تنافس بطاريات الليثيوم-أيون، واستقرارًا يسمح بالاحتفاظ بالحرارة لموسم كامل أو أكثر. لكن هناك عائقًا: النظام حاليًا لا يمتص إلا الأشعة فوق البنفسجية، وهي شريحة صغيرة من الطيف الشمسي، كما أن الجزيئات لا تتحمل سوى نحو 20 دورة شحن وتفريغ قبل أن تتحلل. ومع ذلك، لتطبيقات مثل التدفئة الموسمية - الشحن في الصيف والتفريغ في الشتاء - قد يعني ذلك عمرًا محتملًا يمتد لعقود لكل خزان.

ورغم أن التقنية ليست جاهزة لإزاحة الخلايا الكهروضوئية الشمسية الرخيصة عن عرش احتياجات الطاقة اليومية، فإنها قد تتألّق في الحالات التي يكون فيها تخزين الحرارة مباشرةً منطقيًا، أو حيث يكون ضوء الشمس محدودًا. ومع تحسينات لرفع الكفاءة وتوسيع نطاق الضوء الممتص، قد يجعل التخزين الحراري الشمسي الجزيئي يومًا ما «تعبئة أشعة الشمس» حقيقة حرفية.

ومع احتدام البحث عن طرق أذكى وأكثر كفاءة لحفظ قوة الشمس، قد يكمن مستقبل التخزين الشمسي لا في الطوب أو البطاريات، بل في كيمياء حرق الشمس الغريبة - مذكّرًا إيّانا بأن أفضل الأفكار أحيانًا تكون مخبأةً تحت الجلد مباشرةً.

ويكيكروك

• التخزين الحراري الشمسي الجزيئي (MOST): يخزّن MOST الطاقة الشمسية عبر تغيير البنى الجزيئية، ما يتيح إطلاق الحرارة عند الطلب لحلول تخزين طاقة مستدامة وخالية من الانبعاثات.
• الطور: الطور هو أحد عدة خطوط قدرة في الأنظمة الكهربائية، يُستخدم لتوليد مجال مغناطيسي دوّار لتشغيل محركات أكثر سلاسة وكفاءة.
• بيريميدون: يمتص البيريميدون طاقة الأشعة فوق البنفسجية في أنظمة MOST ويخزنها كيميائيًا لاستخدامها لاحقًا. وهو يدعم الطاقة المتجددة وبنية تحتية آمنة ومستدامة.
• كثافة الطاقة: تقيس كثافة الطاقة مقدار ما تخزنه البطارية من طاقة مقارنةً بحجمها أو وزنها. وتعني كثافة أعلى طاقةً أكبر ضمن حزمة أصغر وأخف.
• نصف: في الأمن السيبراني، يشير «نصف» غالبًا إلى الاتصالات نصف المفتوحة، التي يمكن استغلالها في هجمات مثل فيضانات SYN لتعطيل خدمات الشبكة.