اعتماداً على بلورات “البيريت” الموفرة في بنية القمر والمريخ ..خطة أوربية مجنونة لنشر مدينة طاقة شمسية على سطح القمر

يبدو أن مستقبل الطاقة الشمسية لن يقتصر فقط على الأرض وإنما سيمتد غلى الفضاء هذا مايسعى إليه العلماء ولكن؟ كيف يكون هذا؟

ربما أكثر ما مايشغل بال العلماء في الفضاء هماالقمر وكوكب المريخ لاعتقادهم انهما يصلحان للوجود البشري لهذا فكروا بنشر مدينة طاقة شمسية على القمر!!

يبدو أن الطاقة الشمسية ينتظرها مستقبل واعد على سطح القمر، بعدما زادت فاعليتها على كوكب الأرض خلال الأعوام الماضية.

وفي محاولة للاستفادة من نجاحاتها، يعمل مجموعة من العلماء في إستونيا على دراسة بلورات معدن البيريت -المشهور باسم الذهب الكاذب- واستخدامها لتصنيع الخلايا الشمسية.

ومن المقرر استخدام نتائج هذه الأنشطة البحثية لتوفير الكهرباء لقاعدة قمرية مستقبلية تابعة لوكالة الفضاء الأوروبية وشركائها الدوليين.

الطاقة الشمسية على القمر

ستؤدي الطاقة الشمسية دورًا رئيسًا في المستقبل لتشغيل المهمات الفضائية طويلة المدى، وتلبية احتياجات الوجود البشري على سطح القمر أو المريخ.

ومع أن ذلك قد يبدو خيالاً لبعضهم، فإن مهمة العثور على مواد فاعلة لصنع الخلايا الشمسية أُسندت إلى مجموعة من العلماء بوكالة الفضاء الأوروبية، بحسب ما نشره موقع بي في ماغازين.

ويعكف باحثون من جامعة تالين للتكنولوجيا في إستونيا -حاليًا- على دراسة بلورة دقيقة من بيريت الحديد، بوصفها مادة جديدة لإنتاج الخلايا الشمسية.

مستقبل الطاقة الشمسية.. نفايات أكثر وتكلفة أعلى من التوقعات (تقرير)

والسبب الرئيس لاهتمامهم بهذه المادة لا يرجع إلى كفاءتها أو فاعليتها أو تكلفتها، وإنما إلى وفرتها على سطح القمر والمريخ.

بلورات بيريت الحديد

قالت رئيسة معمل مواد الطاقة الشمسية بالجامعة، ماريت كوك كوزيك، إن الباحثين يعملون على تقنية خلايا الرقائق الأحادية لغرض التطبيقات الأرضية منذ عقدين، وبدأت وكالة الفضاء الأوروبية تهتم بالبحث منذ 6 سنوات، عندما وجدوا أن التقنية واعدة للتطبيقات الفضائية.

وكان الهدف من أول مشروع تعاوني هو اختبار مدى كفاءة التقنية وقدرتها على تحمّل بيئة الفضاء.

وبعد اجتياز الاختبارات، نشأت فكرة استخدام التقنية في تشغيل قاعدة قمرية مستقبلية، وكان الهدف هو استخدام المواد المتاحة في التربة القمرية.

وقدّم العلماء خلية شمسية تشبه ورق الصنفرة تحتوي على آلاف البلورات الدقيقة بقطر 50 ميكرومتر مثبتة داخل بوليمر، في رقاقة واحدة متصلة، وتعمل هذه البلورات على امتصاص أشعة الشمس.

بعد ذلك، تُغلف هذه البلورات بطبقات عازلة ونافذة، وبهذه الطريقة تعمل كل بلورة بصفة خلية شمسية مستقلة وتولد الكهرباء.

استيطان القمر

قال مهندس التصنيع في وكالة الفضاء الأوروبية، أدفينيت ماكايا: “نحن ندرس دور هذه البلورات الدقيقة على نحو يدعم استيطان القمر في المستقبل”.

وتابع: “يجب أن تكون القاعدة القمرية في المستقبل بعيدة عن الأرض لتحقيق التنمية المستدامة، ويمكن الحصول على الحديد والكبريت اللازمين لإنتاج البيريت مباشرة من سطح القمر”.

وأشار إلى أن نطاق المشروع بصدد استكشاف الإمكانات التقنية المتاحة للاستيطان على سطح القمر وتحديد موقع الموارد.

وأوضح العالم تافي روديك أن الهدف هو تطوير تقنية نمو بلورات البيريت الدقيقة وتطبيقها على خلايا رقائق أحادية، إذ تعمل كل بلورة دقيقة بوصفها خلية شمسية مستقلة.

وقال: “مقدار الكهرباء المولدة بوساطة خلية شمسية صغيرة ضئيل، لكن مع تركيب وحدة بحجم عادي، سيتوفر مليارات من هذه البطاريات، ومبدئيًا لا يوجد قيود على الحجم والشكل.. بالإضافة إلى ذلك، هدفنا هو جمع الموارد الضرورية على سطح القمر في بيئتها الأصلية”.

استخلاص النحاس قد يكون كلمة السر في صناعة الطاقة الشمسية (تقرير)

ويعدّ عامل الإمداد بالكهرباء مهمًا في اختيار موقع القاعدة القمرية المستقبلية، ولاحظ الباحثون أن القطب الجنوبي للقمر هو الأنسب لتركيب الطاقة الشمسية، إذ ستكون متاحة باستمرار تقريبًا.

وستموّل جامعة تالين ووكالة الفضاء الأوروبية أطروحة لدراسة معدن بيريت، ومدى ملاءمته للاستخدام على المدى الطويل في البيئات الصعبة خارج الغلاف الجوي للأرض.

اقرأ المزيد: سعتها أكثر من 400 ألف بطارية سيارة كهربائية ..ماذا تعرف عن أضخم بطارية مائية في العالم والتي ستحول سويسرا إلى “بطارية أوروبا”

يمكن للطاقة الكهربائية أن تتولد بطرق كثيرة منها الحركية أو الكيميائية أو الريحية و الشمسية و طرق أخرى عديدة. ومن المعروف أن الطاقة الشمسية و الريحية مصدران غير مستقران لتوليد الطاقة الكهربائية فهما لا يُنتجان بالضرورة الكهرباء عند الحاجة إليها،كما أن الحاجة إلى التقليل من انبعاثات الوقود الأحفوري جعلت دول العالم تتجه إلى طرق طاقة متجددة نظيفة و من الطرق البديلة في أوربا مثلا استعانتها بتدفق المياه في اكثر المناطق النائية و المرتفعة في سويسرا .

حيث يُمكن لسويسرا ومحطات الطاقة الكهرومائية فيها أن تتيح قوة دفع حاسمة لتحويل الطاقة في أوروبا، ومن المنتظر أن تُساعد محطة الضخ والتوربينات الجديدة على إدارة تقلبات الرياح والطاقة الشمسية.

تبلغ سعة التخزين الكهربائية للبحيرة أكثر من سعة 400 ألف بطارية سيارة كهربائية”، قال المهندس الخريج ألان سوتييه، بينما كان يصوّب نظره نحو بحيرة “فْيُو إيمُوسّون Vieux Emosson”، وهو خزان اصطناعي أنشئ عام 1955 في منطقة “فينهو Finhaut” على جبال الألب في كانتون فاليه.

والتوربينات الكهرومائية نانت دو درانس (Nant de Drance)، كيفية عمل إحدى أقوى “بطاريات المياه الكهربائية” في أوروبا. تستخدم المحطة حوضين، أحدهما عُلوي في اتجاه المنبع والآخر سُفلي في اتجاه المصب، يتم تصريف المياه المتجمعة في بحيرة “فْيُو إيموسون Vieux Emosson” إلى أسفل في اتجاه المصب لتوليد الكهرباء خلال ساعات الذروة، ومن الحوض السفلي، أي بحيرة “إيموسون Emosson” الواقعة على عمق حوالي 300 متر، تُضخّ المياه إلى أعلى باتجاه المنبع لتعود وتتجمّع مرة أخرى حينما يكون هناك فائض في الطاقة المُنتجَة.

“إنها بطارية صديقة للبيئة تستخدم دائمًا نفس المياه. وتزيد كفاءة الإنتاج عن 80٪، فمقابل كل كيلوواط ساعة من الكهرباء نستخدمها لضخ المياه إلى أعلى، نضخّ 0,8 كيلوواط في الشبكة”.

يقول آلان سوتييه: بين عامي 2012 و 2016، تمت زيادة ارتفاع سدّ “فْيُو إيموسون Vieux Emosson” حوالي 20 مترًا للترفيع في سَعَة البحيرة والسماح بتخزين مزيدًا من الطاقة، كما يوضح سوتييه. ويقول المهندس: “ستزداد الحاجة مُستقبلًا إلى تخزين كميات كبيرة من الكهرباء، وسيكون لدينا مزيد من أنواع الطاقة المتجددة لتحل محل الطاقة النووية والأحفورية”، ويستدرك بأن الطاقة الشمسية وطاقة الرياح مصدران غير منتظمان لا يُنتجان بالضرورة الكهرباء عند الحاجة إليها، ولذلك فمن المهم أن تكون لدينا أنظمة من هذا النوع تستطيع تخزين الطاقة والحفاظ على استقرار الشبكة.

“برج بيزا” في جبال الألب

ندخل الجبل، من جهة سد “فيُو إيموسون Vieux Emosson”، وعبر بوابة معدنية مثبتة في الصخور، حيث سيصطحبنا مدير نانت دو درانس (Nant de Drance) إلى غرفة المحرك، القلب النابض للمصنع.

وبينما كانت السيارة تقودنا عبر أحد أنفاق المصنع، بادرَنا سوتييه بالحديث عن التحديات اللوجستية والهندسية لأحد أكبر مشاريع البنية التحتية في سويسرا منذ مطلع الألفية الثالثة.

ففي المجموع تم حفر 18 كيلومترًا من الأنفاق في جبال الألب في كانتون فاليه، وجابت مئات المركبات الثقيلة النفق الرئيسي ناقلة إلى داخل الجبل كل شيء، من المكاتب الجاهزة إلى الصمامات الكروية التي تزن أكثر من مائة طن.

مآخذ المياه في بحيرة اصطناعية مآخذ المياه في الخزان (أو البحيرة) العلوي “فْيُو إيموسون Vieux Emosson”. Nant de Drance / Sébastien Moret وبعد أن قطعنا بضعة كيلومترات في نفق مظلم ورطب، وصلنا إلى غرفة المحركات، و600 متر من الصخور تعلو رؤوسَنا، وطول النفق يبلغ نحو 200 متر وعرضه 32 مترًا وكان ارتفاعه في البداية 52 مترًا، ويقول سوتييه بدعابة: “كان بإمكاننا وضع برج بيزا هنا”.

وحاليًا، تشغَل الهياكل الخرسانية المحتوية على المضخات والتوربينات جزءًا من المساحة في منظر مهيب.

وفي أوقات الذروة، يصل عدد العاملين في الموقع داخل الجبل إلى 500 شخص: “والخطر الأكبر الذي يتهدد العمل تحت الأرض هو الحرائق وخاصة الدخان، ومن أعظم النجاحات التي حققها المشروع، عدم وقوع حوادث خطيرة أو وفيات منذ بدء العمل فيه قبل اثني عشر عاما”، كما يقول المدير.

طاقة تتجاوز احتياجات سويسرا

بطاقة تبلغ 900 ميغاواط، تعد محطة نانت دو درانس (Nant de Drance) إلى جانب محطة لينتال في كانتون غلاروسرابط خارجي (1000 ميغاواط) من أقوى محطات توليد الطاقة الكهربائية في أوروبا. ويتباهى ألان سوتييه بشكل خاص بالمضخات التوربينية الست، كونها من القلائل في العالم بهكذا حجم وتقنية، ويضيف: “في أقل من عشر دقائق يُمكننا عكس اتجاه دوران التوربين والانتقال من إنتاج الكهرباء إلى التخزين، وهذه المرونة ضرورية لسرعة الاستجابة لاحتياجات شبكة الكهرباء والمُلاءمة بين إنتاج واستهلاك الطاقة الكهربائية، وإلا فإن الشبكة قد تتعرّض للانهيار وانقطاع التيار الكهربائي، كما حدث في ولاية تكساس في بداية العام” الجاري.

وبناء عليه، فإن المحطة ضرورية لضمان إمدادات الكهرباء واستقرار الشبكة: “لكنها كبيرة جدًا بالنسبة لسويسرا”، كما أفاد المهندس مُضيفًا: “ويُمكن أن تلعب دورًا في استقرار شبكة الطاقة الكهربائية على المستوى الأوروبي، فنحن في قلب القارة وتمر تدفقات الطاقة عبر سويسرا، وفي حال وجود فائض في إنتاج الطاقة الكهربائية الرياحية في ألمانيا، نستطيع استخدامه في ضخ المياه وتخزينها”. أكثرُ من نصف التيار الكهربائي مُنتج بالاعتماد على الماء.

616000 موقع مُحتمل في جميع أنحاء العالم

في المستقبل، وفقًا لاتحاد شركات الكهرباء السويسرية، ستتيح محطات توليد الطاقة التي تعمل بالضخ والتوربينات تخزين المزيد من الكهرباء الخضراء من أجل إعادة ضخها لاحقًا، في أوقات الحاجة.

وأضاف الاتحاد: “وبفضل محطات توليد الطاقة، يُمكن لسويسرا أن تساهم في تكامل إنتاج الكهرباء غير المنتظم في أوروبا، غير أنه لا ينبغي أن نبالغ في تقدير هذا الدور لأنه يعتمد بالدرجة الأولى على قدرة الخطوط القائمة”.

في السياق، يؤكد بينوا ريفاز من المكتب الفدرالي للطاقة أن “المضخات والتوربينات تقنية ناضجة”، ومع ذلك، يضيف أن التقدم لا يزال مطلوبًا لتحسين المرونة مقارنة بظروف التشغيل الحالية، فيما تشارك سويسرا مع أحد عشر دولة أخرى في منتدى دوليرابط خارجي يهدف إلى تنشيط تغلغل تقنية المضخات والدوامات في أسواق الكهرباء.

ووفقًا لماتيو ستوكز من الجامعة الوطنية الأسترالية، هناك 616 ألف موقع حول العالم يمكن فيها بناء محطات ضخ المياه داخل حلقة مغلقة وبحوضين، ويكفي تنفيذ 1٪ منها فقط، لحل كافة المشاكل المرتبطة بتخزين الطاقة المتقطعة، كما يقول الباحث، الذي بنى تقييمه على اعتبارات جغرافية بحتة.

سرعة الاستجابة للسعر

بغض النظر عن الإمكانات، يتعيّن بالطبع على محطة نانت دو درانس (Nant de Drance)، المملوكة لشركة تقودها شركة إنتاج الطاقة الكهربائية “ألبيك” وشركة السكك الحديدية الفدرالية السويسرية، أن تغطي نفقاتها، وهذا الأمر ليس بالهيّن بالنسبة لقطاع واجه في السنوات الأخيرة صعوبات مالية وعدم قدرة على التنبؤ بسوق الكهرباء.

“نحن نعمل وفقًا لفارق السعر، إذ يتوجّب علينا سرعة الاستجابة، ونقوم بضخ الماء حالما يكون السعر منخفضًا، وحين يكون مُرتفعًا نشغل التوربينات للإنتاج.

في الماضي، كان يتم تشغيل التوربينات أثناء النهار والضخ في الليل، أما الآن فقد تغيّر الوضع، لأن ذروة الاستهلاك تستمر حتى وقت متأخر من الليل”، كما يُلاحظ ألان سوتييه.

في الأثناء، يأمل القائمون على تشغيل محطة نانت دو درانس (Nant de Drance)، التي سيتم تشغيلها بكامل طاقتها للإنتاج التجاري في صيف عام 2022، أن تصبح مُربحة عندما تُغلق محطات الطاقة النووية نهائيًا، وعندما تحل مصادر الطاقة المتجددة محل الوقود الأحفوري.

ترجمة من مواقع أجنبية