إشعاع الطاقة والاندماج النووي: أهم قصص الطاقة لعام 2024

جمعية مهندسي الكهرباء والإلكترونيات “الطيف”تركزت قصص الطاقة الأكثر قراءة في عام 2024 على الطرق الإبداعية لإنتاج وتخزين وتوصيل المزيد من الطاقة الخالية من الكربون. أراد قراؤنا معرفة المزيد عن أشعة الطاقة، والأنواع الجديدة من الاندماج النووي، ومزارع الطاقة الشمسية العمودية، والطرق القوية للحفر بشكل أعمق في قشرة الأرض لتسخير الطاقة الحرارية الأرضية، وأجهزة الشبكة التي تربط مشاريع الطاقة المتجددة. سيطرت التحركات الجريئة لشركات التكنولوجيا الكبرى لتأمين الطاقة النووية لمراكز البيانات المستقبلية على عناوين الأخبار الدولية في عام 2024، ونالت إعجاب القراء نطاق’التغطية التي تركز على التكنولوجيا للموضوع. تحياتي لأهم 10 قصص عن الطاقة لعام 2024.

الرسم التوضيحي: تافيس كوبورن

تخيل مزرعة شمسية ضخمة تدور في الفضاء، وتجمع أشعة الشمس غير المفلترة وغير المنقطعة وترسل جيجاوات من الطاقة إلى الأرض. إن هذا المفهوم، الذي يسمى الطاقة الشمسية الفضائية، هو فكرة عظيمة للغاية، ولكنها محيرة للغاية، لدرجة أن المهندسين والهيئات الحكومية أمضوا الكثير من الوقت في محاولة معرفة كيفية تحقيق ذلك. بعد كل شيء، لماذا لا ينبغي نحاول أن نلصق الألواح الشمسية حيث تشرق الشمس دائمًا؟ في شهر مايو، قدم هنري باردي، الذي تقاعد مؤخرًا من وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، قائمة طويلة من الأسباب لإبقاء أقدامنا ومزارعنا الشمسية على الأرض – في الوقت الحالي.

جايمي ثورنتون

آلة الستيلاريتور هي نوع الآلة التي تبدو خيالية كما تبدو. والغرض منه هو تكرار فيزياء النجم عن طريق دمج نوى الذرات، وبالتالي توليد طاقة اندماجية لا حدود لها. عادةً ما تكون هذه الآلات عبارة عن أدوات غريبة ضخمة ذات مجسات تتطلب مليارات الدولارات وعقودًا من الزمن لبنائها. لكن الباحثين في مختبر فيزياء البلازما في برينستون (PPPL) تمكنوا من بناء واحد في أقل من عام مقابل 640 ألف دولار أمريكي. إنه موضوع على سطح الطاولة وتم بناؤه باستخدام أجزاء مطبوعة ثلاثية الأبعاد وجاهزة للاستخدام. نطاق قام المحرر المساهم توم كلاينز بزيارة PPPL ليعطينا نظرة عميقة على كيفية عمل أكثر النجوم تواضعًا في العالم، وكيف ألهم بالفعل تشكيل شركتين ناشئتين في مجال طاقة الاندماج.

طاقة كوايز

يمكن تسخير كمية هائلة من الطاقة الحرارية الأرضية من قشرة الأرض إذا تمكنا من الحفر بعمق كافٍ فقط. في مارس، نطاق قدمت شركة منبثقة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا اختبارًا لأحد الحلول المحتملة: إرسال موجات ميكروويف قوية إلى الصخور لتبخيرها باستخدام آلة تسمى الجيروترون. وقد تم استخدام هذه التكنولوجيا في تجارب الاندماج النووي لتسخين البلازما والتحكم فيها، وتقوم شركة Quiase Energy المنبثقة عن معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بتكييفها للحفر لمسافة تصل إلى 20 كيلومترًا داخل القشرة الأرضية. وحاليا، يمتد أعمق ثقب من صنع الإنسان على عمق 12262 مترا تحت سطح سيبيريا، واستغرق حفره ما يقرب من 20 عاما.

iStock

ما هي أفضل طريقة لإدارة الطاقة الزائدة على مستوى الشبكة من مزارع الطاقة الشمسية وطاقة الرياح؟ وفقا لإحدى الدراسات المنشورة في معاملات IEEE بشأن إدارة الطاقةالجواب هو تخزين الهيدروجين. لقد تغلب على الهواء المضغوط وأربعة أنواع من البطاريات من حيث الحجم والتكلفة والملاءمة. وتشير الدراسة إلى أنه إذا قامت ألمانيا بتوسيع استخدامها لتخزين الهيدروجين في محطات الطاقة المتجددة على مستوى البلاد، فسوف يؤدي ذلك إلى خفض التكاليف بنسبة 60 بالمائة تقريبًا. لخصت المساهمة المستقلة ميشيل هامبسون نتائج الدراسة في هذا القارئ المفضل.

iStock

لأكثر من 15 عاما، كان المتحمسون للطاقة المتجددة ينتظرون وصول خلايا البيروفسكايت الشمسية، القادرة على تحويل الطاقة الشمسية بشكل أكثر كفاءة من التقنيات القائمة مثل الخلايا الكهروضوئية القائمة على السيليكون، وتيلوريد الكادميوم، وثنائي سيلينيد الإنديوم جاليوم النحاس. قال المصنعون لسنوات إن التسويق التجاري كان قاب قوسين أو أدنى، ولكن بحلول مارس من عام 2024، لم تقم أي شركة بتسليم هذه المنتجات. جزء من المشكلة هو أن مصنعي البيروفسكايت لا يستخدمون نفس تقنيات التصنيع التي تستخدمها المعامل الصغيرة التي طورتها، حسبما أفاد ديكستر جونسون، محرر مساهم في نطاق. أعلنت شركة Oxford PV في سبتمبر عن أول شحنة من البيروفسكايت، لكن تسويقها على نطاق واسع لا يزال غير مؤكد.

تسلا

مع إضافة المزيد من توليد الطاقة المتجددة وتخزينها إلى الشبكات الكهربائية، يجب على المشغلين أن يتجهوا بشكل متزايد إلى قطعة واحدة مهمة من البنية التحتية: محولات تشكيل الشبكة. تقوم هذه الأجهزة بتحويل الكهرباء ذات التيار المباشر إلى تيار متردد متوافق مع الشبكة، وتسمح للبطاريات والخلايا الكهروضوئية الشمسية وتوربينات الرياح بالاتصال بالشبكة. وفي جزيرة كاواي في هاواي، نجحوا في منع وقوع كارثة، كما كتب بنجامين كروبوسكي وأندي هوك من المختبر الوطني للطاقة المتجددة في الولايات المتحدة. يقول المؤلفون إن استخدام محولات تشكيل الشبكة يجب أن يزداد إذا أرادت المناطق تحقيق أهدافها في مجال الطاقة المتجددة.

نيف

في ديسمبر 2022، كشف مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) أنه أنتج تفاعلًا اندماجيًا أدى إلى طاقة أكبر مما هو مطلوب لبدء التفاعل. في فبراير من هذا العام، نشرت ورقة بحثية في رسائل المراجعة البدنية أكدت أخيرًا ادعاءات LLNL. كما أنها تناولت تفاصيل الهندسة المعقدة وتصميم الرقصات الرائع للتحضير الذي جعل هذا الاندماج المؤقت ممكنًا، وشدد على العمل الكبير الذي ينتظرنا. نطاق يلخص المحرر المساهم Edd Gent الأمر في هذا التحليل الإخباري المفيد.

كريستين مولين / ا ف ب

كان أحد أكبر اتجاهات الطاقة في عام 2024 هو استيلاء شركات التكنولوجيا الكبرى المفاجئ على الطاقة النووية. أعلنت كل من Meta وAmazon وGoogle وMicrosoft عن صفقات طموحة لتأمين الطاقة النووية لعمليات الذكاء الاصطناعي ومراكز البيانات المستقبلية. بدأت أمازون سلسلة من الإعلانات العامة في شهر مارس عندما اشترت مركز بيانات مجاور لمحطة للطاقة النووية في ولاية بنسلفانيا مع توقع أنها ستكون قادرة على شراء الكثير من الطاقة مباشرة من المحطة، حسبما أفاد المساهم المستقل أندرو موزمان. لكن المنظمين رفضوا في وقت لاحق اقتراح أمازون في خطوة تشكل سابقة. نطاق سيستمر في جلب تغطية القراء لهذا الموضوع.

Next2Sun

أحد الجوانب السلبية لمزارع الطاقة الشمسية هو أنها يمكن أن تشغل أراضي زراعية خصبة. لكن الألواح الشمسية العمودية لشركة Next2Sun الألمانية الناشئة تعمل جنبًا إلى جنب مع المحاصيل. تقوم هذه الوحدات ثنائية الجانب بتجميع ضوء الشمس من جانبي اللوحة، وتكون فعالة بشكل خاص في الصباح والمساء عندما تكون الشمس منخفضة. تشرح ريبيكا هيلويل، المساهمة المستقلة، هذه الفكرة البسيطة حول الخلايا الكهروضوئية.

لقد أتى عصر السيليكون…للبطاريات

المجموعة 14

لقد قام الباحثون بتحسين بطاريات أيون الليثيوم بشكل كبير على مدى العقود الثلاثة الماضية، ولكن في الغالب على جانب الكاثود المكون من أكسيد معدن الليثيوم. وعلى النقيض من ذلك، ظلت أنودات الجرافيت على حالها إلى حد كبير، على الرغم من كون السيليكون بديلاً واعدًا. هذا العام، تعاونت العديد من شركات صناعة السيارات والشركات الناشئة في مجال أنود السيليكون لوضع السيليكون في خلايا البطاريات، على أمل صنع سيارات كهربائية أطول مدى وأسرع شحنًا وبأسعار معقولة. تشرح القصة الإخبارية لبراتشي باتيل النهج الذي تتبعه شركات صناعة السيارات في التعامل مع بطاريات السيليكون.