إن الاختراق يمكن أن يمهد الطريق للطيران الأخضر الذي يمتص ثاني أكسيد الكربون

يقول باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا إن الأجهزة يمكن أن تحزم ثلاثة أضعاف طاقة لكل رطل مثل أفضل بطاريات EV اليوم – مما يوفر خيارًا خفيف الوزن لتشغيل الطائرات أو الشاحنات أو السفن

يمكن أن تكون خلية الوقود الرائدة هي المفتاح لإلغاء قفل الطائرات الكهربائية ، وفقًا لدراسة جديدة.

يقترح الباحثون أن هذه الأجهزة يمكن أن تحتفظ بثلاثة أضعاف الطاقة لكل كيلوغرام مقارنةً ببطاريات EV ذات الأداء الأعلى اليوم ، مما يوفر حلاً خفيف الوزن لتشغيل الطائرات ليس فقط ، ولكن الشاحنات والسفن أيضًا.

تقترب البطاريات بسرعة من قدرتها من حيث مقدار الطاقة التي يمكنهم تخزينها بالنسبة لوزنها. يشكل هذا تحديًا كبيرًا لابتكار الطاقة ، لا سيما في البحث عن طرق جديدة لتشغيل الطائرات والقطارات والسفن.

استخدام الوقود يمثل مشكلة كبيرة في الطيران. تنفق شركات الطيران حوالي ربع ميزانيات التشغيل الخاصة بها على الوقود النفاث ، مما يعني أنها لها تأثير كبير على تكلفة التذكرة. ما هو أكثر من ذلك ، الطيران هو واحد من الطرق الأكثر تلوثا للسفر.

يولد الركاب الذي يقوم برحلة من فئة الاقتصاد من لندن إلى نيويورك حوالي 309 كجم من ثاني أكسيد الكربون ، والتي ستستغرق حوالي عام لاستيعابها عبر 10 أشجار ناضجة.

اقرأ المزيد: يكشف Butlin Big Weekender عن العناوين الرئيسية لسبعة تواريخ جديدة من “الفوضى”

ومع ذلك ، فإن فريقًا من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) قد يكون قد وجد حلاً يمكن أن يساعد في تكسير أنظمة النقل لدينا. لا يتضمن مفهومهم بطارية ، بل نوعًا من خلايا الوقود – على غرار البطارية ولكن يمكن التزود بالوقود بسرعة بدلاً من إعادة شحنها.

في هذا النظام المبتكر ، فإن الوقود هو معدن الصوديوم السائل ، وهو مورد رخيص ومتوفر بسهولة. على الجانب الآخر من الخلية هو الهواء العادي ، والذي يوفر ذرات الأكسجين. تقع بينهما طبقة من المواد الخزفية الصلبة التي تعمل ككهارل ، مما يسمح لأيونات الصوديوم بالمرور بحرية. قطب مسامي يواجه الهواء يساعد الصوديوم في رد فعل كيميائيًا مع الأكسجين لتوليد الكهرباء.

من خلال سلسلة من التجارب مع جهاز النموذج الأولي ، أظهر فريق البحث أن الخلية يمكن أن تحمل أكثر من ثلاثة أضعاف الطاقة لكل وحدة من الوزن مثل بطاريات الليثيوم أيون المستخدمة حاليًا في جميع السيارات الكهربائية تقريبًا.

قال البروفيسور بعد حدة تشيانغ: “نتوقع أن يعتقد الناس أن هذه فكرة مجنونة تمامًا. إذا لم يفعلوا ذلك ، فسأكون بخيبة أمل قليلاً لأنه إذا كان الناس لا يعتقدون أن شيئًا ما مجنونًا تمامًا في البداية ، فربما لن يكون ذلك ثوريًا”.

وهو يعتقد أن التكنولوجيا لديها إمكانات حقيقية لتهزئة الصناعة ، خاصة في مجال الطيران حيث يكون الحفاظ على الوزن منخفضًا. يقتنع فريق الباحثين بأن تقدمهم في كثافة الطاقة يمكن أن يكون مغير اللعبة اللازم لتحقيق الرحلات الجوية الكبيرة التي تعمل بالكهرباء.

لاحظ البروفيسور تشيانغ بحماس: “إن العتبة التي تحتاجها حقًا للطيران الكهربائي الواقعية تبلغ حوالي 1000 واط ساعة لكل كيلوغرام. بطاريات ليثيوم أيون الكهربائية اليوم تتصدر حوالي 300 واط ساعة لكل كيلوغرام-في أي مكان بالقرب من ما هو مطلوب.”

وهو يعترف أنه حتى البطارية التي تحقق 1000 واط ساعة لكل كيلو لن تجعل الرحلات الجوية عبر القارات أو عبر الأطلسي ممكنة حتى الآن.

هذا الإنجاز لا يزال خارج الحدود لأي كيمياء البطارية الحالية ؛ ومع ذلك ، يصر البروفيسور تشيانغ على الوصول إلى 1000 واط لكل كيلو سيبدأ في تمكين الطيران الكهربائي الإقليمي ، وخفض حوالي 80 ٪ من انبعاثات الرحلات المحلية و 30 ٪ من انبعاثات الطيران بشكل عام.

تشير الدراسة التي تم إصدارها في مجلة Joule إلى أن مثل هذا الاختراق التكنولوجي يمكن أن يحدث ثورة في الصناعات الأخرى مثل Marine and Rail Transport.

يتخيل الفريق أنه يمكن استخدام هذه التكنولوجيا في الطائرات عن طريق إدخال حزم الوقود المملوءة بمداخن الخلايا ، مثل رفوف الانزلاق من صواني الطعام في فتحة الكافتيريا ، في خلايا الوقود. نظرًا لأن المعدن الصوديوم داخل هذه العبوات يتم تغييره كيميائيًا لتوليد الطاقة ، يتم إنتاج منتج ثانوي.

اقرأ المزيد: بلدة ساحلية في المملكة المتحدة الجميلة شائعة جدًا في عطلات نهاية الأسبوعاقرأ المزيد: حذر ركاب EasyJet من “العاصفة المثالية” من الفوضى إلى النقاط الساخنة للعطلات الرئيسية

في حالة الطائرات ، سيتم طرد هذا المنتج الثانوي من الخلف ، على غرار عادم المحرك النفاث ، ولكن دون أي انبعاثات ثاني أكسيد الكربون. بدلاً من ذلك ، فإن الانبعاثات ، وخاصة أكسيد الصوديوم ، ستحصل في الواقع على ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي.

يوضح الباحثون أن هذا المركب سوف يتفاعل بسرعة مع الرطوبة في الغلاف الجوي لتشكيل هيدروكسيد الصوديوم ، وهي مادة موجودة غالبًا في منظفات الصرف ، والتي تتفاعل بسهولة مع ثاني أكسيد الكربون لإنشاء صلبة تسمى كربونات الصوديوم ، وتتحول في النهاية إلى بيكربونات الصوديوم ، والمعروفة أيضًا باسم صودا الخبز.

وخلص البروفيسور تشيانغ إلى: “هناك سلسلة طبيعية من ردود الفعل التي تحدث عندما تبدأ بالمعادن الصوديوم. كل شيء عفوي. لا يتعين علينا فعل أي شيء لتحقيق ذلك ، علينا فقط أن نطير الطائرة”.

وأشار إلى أن المنتج الثانوي للبيكربونات الصوديوم يمكن أن يكون بمثابة نعمة لمحيطاتنا ، مما يحيد حموضةها-وهو تأثير جانبي لانبعاثات غازات الدفيئة.

سلط البروفيسور تشيانغ الضوء على مزايا السلامة لخلية الوقود الجديدة ، ووصفها بأنها “أكثر أمانًا بطبيعتها” من العديد من البطاريات التقليدية.

وأشار إلى الحاجة إلى توخي الحذر مع معدن الصوديوم بسبب تفاعله العالي وضرورة الحفاظ عليه آمنًا. مثل بطاريات الليثيوم ، يشكل الصوديوم خطر احتراق تلقائي عندما يكون على اتصال بالرطوبة.

لاحظ البروفيسور تشيانغ: “كلما كان لديك بطارية عالية كثافة الطاقة ، تكون السلامة دائمًا مصدر قلق ، لأنه إذا كان هناك تمزق الغشاء الذي يفصل بين المتفاعلين ، فيمكنك أن يكون لديك رد فعل هارب. ولكن في خلية الوقود هذه ، يكون أحد الجانبين مجرد الهواء ، وهو أمر مخفف ومحدود.

“لذلك ليس لديك اثنين من المواد المتفاعلة المركزة بجوار بعضها البعض. إذا كنت تدفع لكثافة طاقة عالية حقًا ، فأنت تفضل أن يكون لديك خلية وقود من البطارية لأسباب تتعلق بالسلامة.”

على الرغم من وجود نموذج أولي على نطاق صغير حاليًا ، إلا أن البروفيسور تشيانغ يعتقد أن زيادة النظام للاستخدام التجاري يجب أن يكون “واضحًا تمامًا”.

قام فريق من الباحثين بالفعل بتأسيس Propel Aero ، وهي شركة تهدف إلى تقدم هذه التكنولوجيا. سيعمل نظامهم المتصور باستخدام خرطوشة قابلة لإعادة التعبئة مملوءة بمعادن الصوديوم السائل ، مختومة بشكل آمن للاستخدام.

عندما يتم استنفادها ، سيتم إعادتها إلى محطة إعادة التعبئة وتجديدها بالصوديوم الطازج.