الملخص:
أصدر فريق البحث التابع لمعهد كارلسروه للتكنولوجيا (KIT) في ألمانيا مؤخرًا أحدث نتائج الأبحاث التي تشير إلى أنه من المتوقع أن يصبح مسحوق الحديد جزءًا مهمًا من نظام الطاقة النظيفة المستقبلي. لا يمكن لهذا الوقود القابل لإعادة التدوير أن يساعد في تخزين ونقل الطاقة المتجددة فحسب، بل يمكن أن يوفر أيضًا استخدامات جديدة لإيقاف محطات الطاقة التي تعمل بالفحم، مما يحسن استقرار نظام الطاقة مع تحقيق أهداف الحياد المناخي.
وقال الباحثون إن نظام طاقة مسحوق الحديد يعمل على أساس عملية دورية. عندما يحترق مسحوق الحديد، فإنه يطلق الحرارة ويشكل أكسيد الحديد، المعروف أيضًا باسم الصدأ. يمكن للهيدروجين المنتج من الطاقة المتجددة إزالة الأكسجين من أكسيد الحديد، مما يؤدي إلى تحويله مرة أخرى إلى حديد معدني بحيث يمكن استخدامه مرة أخرى. لا ينبعث ثاني أكسيد الكربون خلال الدورة بأكملها، ولا يتم إنتاج أي ملوثات بيئية ضارة.
يعتقد فريق البحث أن إحدى أكبر مزايا هذه التكنولوجيا هي قدرتها على الاستفادة من مرافق توليد الطاقة الحالية التي تعمل بالفحم. ونظرًا لأن خصائص احتراق الحديد المسحوق قريبة جدًا من خصائص الفحم، فمن الممكن تحديث العديد من محطات الطاقة التي تعمل بالفحم دون إعادة البناء بالكامل. وأشار الباحثون إلى أن أعمال التعديل ركزت بشكل أساسي على معدات الاحتراق وتوليد الحرارة، في حين يمكن الاستمرار في استخدام المرافق الرئيسية مثل التوربينات البخارية والمولدات وأنظمة الاتصال بالشبكة.
بالنسبة للبلدان التي تتمتع ببنية تحتية واسعة النطاق لطاقة الفحم، يعد هذا الخيار جذابًا للغاية. وقال الباحثون إنه إذا أخذنا ألمانيا كمثال، فإن محطات الطاقة الحالية وشبكات التدفئة والمرافق الداعمة ذات الصلة قد تكتسب حيوية جديدة، وبالتالي تقليل تكلفة تحول الطاقة.
بالإضافة إلى توليد الطاقة، يُنظر إلى مسحوق الحديد أيضًا على أنه ناقل محتمل للطاقة لمسافات طويلة. ويتصور الباحثون استخدام الكهرباء المتجددة لإنتاج الهيدروجين في مزارع الرياح الساحلية أو القواعد الشمسية الصحراوية، ثم استخدام الهيدروجين لاختزال أكسيد الحديد إلى مسحوق الحديد. يمكن بعد ذلك نقل مسحوق الحديد إلى المناطق التي تتطلب الطاقة وحرقه لتحرير الطاقة المخزنة.
مقارنة بالهيدروجين، يتمتع مسحوق الحديد بمزايا واضحة في التخزين والنقل. ويتطلب الهيدروجين عادة خطوط أنابيب مخصصة ومحطات استيراد ومرافق تخزين تحت الأرض، في حين يمكن تخزين مسحوق الحديد ونقله بطريقة أبسط لفترات طويلة من الزمن، وبالتالي من المحتمل أن يقلل الاستثمار في تشييد البنية التحتية للطاقة على نطاق واسع. يمكن أيضًا استخدام الكهرباء المتجددة الزائدة داخل أوروبا لإكمال عملية تجديد مسحوق الحديد، وبالتالي تشكيل نظام دورة الطاقة الإقليمي.
من أجل تقييم الإمكانات الفعلية لهذه التكنولوجيا، قام فريق البحث بتوسيع نموذج الطاقة الحالي PERSEUS استنادًا إلى نتائج مشروع بحث "الدوائر النظيفة" ليشمل محطات طاقة وقود الحديد، ومرافق تجديد الحديد، ودعم شبكات التخزين والنقل في نظام المحاكاة. ثم قام الباحثون ببناء نموذج نظام الطاقة الأوروبي المحايد للمناخ لعام 2050 وقارنوا محلول مسحوق الحديد بتقنيات مثل تخزين طاقة البطارية، وتخزين طاقة الهيدروجين، وتوليد طاقة وقود الهيدروجين.
تظهر نتائج المحاكاة أنه في جميع السيناريوهات المدروسة، يظهر خيار استخدام محطات توليد الطاقة التي تعمل بالحديد في مجموعة أنظمة الطاقة الأقل تكلفة. ومع ذلك، أكد الباحثون أيضًا أن هذه النتيجة لا تعني أن مسحوق الحديد سيحل محل طاقة الهيدروجين، بل من المرجح أن يصبح مكملاً مهمًا للأخيرة.
لقد وجدت الأبحاث أن تكنولوجيا مسحوق الحديد ذات قيمة خاصة في البلدان والمناطق التي تفتقر إلى موارد الطاقة الكهرومائية أو التي لا تتوفر فيها ظروف تخزين الهيدروجين تحت الأرض. في هذه الأماكن، يمكن أن يساعد مسحوق الحديد في الحفاظ على استقرار إمدادات الطاقة عندما تكون طاقة الرياح والطاقة الشمسية غير كافية لفترات طويلة من الزمن. بالإضافة إلى ذلك، يمكن لمسحوق الحديد أيضًا أن يشارك في بعض احتياجات نقل وتخزين الطاقة عندما تكون قدرة خطوط أنابيب الهيدروجين ومحطات الاستيراد قريبة من الحد الأعلى.
وقال قائد البحث إن مسحوق الحديد قد يلعب دورًا فريدًا وقيمًا اقتصاديًا في تحقيق الحياد المناخي وتحسين موثوقية الطاقة المتجددة في المستقبل. ومع ذلك، فإن ما إذا كان "العصر الحديدي الجديد" قد وصل حقا لا يزال يعتمد على سؤالين رئيسيين: ما مدى الحاجة إلى إدخال تعديلات واسعة النطاق على محطات الطاقة القائمة التي تعمل بإحراق الفحم، وما إذا كانت عملية اختزال أكسيد الحديد إلى الحديد المعدني قادرة على تحقيق كفاءة واقتصاد عاليين بالقدر الكافي.
يعتقد فريق البحث أن نتائج المحاكاة الحالية تظهر أن مسحوق الحديد لديه القدرة على أن يصبح جزءًا مهمًا من نظام الطاقة المحايد للمناخ في أوروبا في المستقبل، ولكن قدرته التنافسية النهائية لا تزال بحاجة إلى إثباتها من خلال التحقق الهندسي الفعلي والتطبيق التجاري. ومع استمرار تقدم تحول الطاقة العالمي، قد تلعب هذه المادة المعدنية التي تبدو تقليدية دورًا استراتيجيًا جديدًا في عصر الطاقة النظيفة في المستقبل.
التعليقات