سازوکار باتری‌های شنی چگونه است؟

به گزارش مجله خبری نگار،فنلاندی‌ها در حال تکمیل پروژه ساخت یک باتری شنی بزرگ در شهر «پرناینن» واقع در جنوب این کشور هستند که می‌تواند در زمستان معادل گرمای یک هفته را ذخیره کند و این امیدواری وجود دارد که به کمک آن، میزان آلایندگی‌های کربنی در این شهر کاهش یابد.

این باتری با قابلیت ذخیره ۱۰۰ مگاوات ساعت انرژی حرارتی از منابع خورشیدی و بادی، باعث حذف سوخت‌های فسیلی از شبکه گرمایش شهری و کاهش انتشار گاز‌های گلخانه‌ای تا حدود ۷۰ درصد می‌شود.

لیزا ناسکالی، مدیر اجرایی شرکت Polar Night Energy که سازنده این باتری است، می‌گوید: «ساخت یک باتری ذخیره‌سازی انرژی حرارتی در چنین مقیاس بزرگی که به عنوان کارخانه تولید انرژی در شبکه گرمایش منطقه‌ای عمل می‌کند، کار هیجان‌انگیزی است. این یک گام مهم در راه افزایش استفاده از فناوری باتری شنی است.»

البته ساخت باتری‌های شنی برای کمک به تامین انرژی گرمایش شهر‌ها پیش از این هم در فنلاند انجام شده است و همین شرکت در مه ۲۰۲۲ میلادی، یک باتری شنی کوچکتر برای نیروگاهی در شهر «کانکانپه» ساخته است.

این پروژه درست زمانی آغاز شد که روسیه در واکنش به پیوستن فنلاند به ناتو، عرضه گاز خود را قطع کرد و به همین دلیل این پروژه به یک نمونه موفق از چگونگی بهره‌برداری از انرژی‌های تجدیدپذیر تبدیل شد.

تومی ارونن و مارکو یلونن، بنیانگذاران جوان فنلاندی این شرکت می‌گویند در شمال اروپا که فضای محدودی در اختیار است، اگر بخواهیم استفاده از انرژی‌های پاک را گسترش دهیم، اول از همه باید به چگونگی ذخیره این انرژی فکر کنیم.

به این ترتیب بود که آن‌ها پس از بررسی ایده‌های مختلف به فکر استفاده از «شن» به عنوان راهی مقرون به صرفه برای ذخیره برق تولید شده در هنگام تابش خورشید یا وزش باد‌های شدید افتادند.

آن‌ها قصد استفاده از باتری‌های لیتیومی را نداشتند، زیرا علاوه بر چالش‌های زیست محیطی و هزینه آنها، این نوع باتری‌ها نمی‌توانند مقدار زیادی انرژی را ذخیره کنند. در مقابل، دانه‌های شن ظرفیت شگفت‌آوری برای ذخیره انرژی دارند.

باتری شنی که در شهر «پرناینن» ساخته می‌شود، حدود ۱۰ برابر بزرگتر از باتری است که هم اکنون در شهر «کانکانپه» در حال کار است.

باتری‌های شنی چگونه کار می‌کنند؟

باتری‌های شنی ساخته شده در این شرکت، ساختار ساده‌ای دارند. این سیستم از یک برج بلند حاوی شن و ماسه دارای درجه پایین تشکیل شده که با گرمای ناشی از انرژی خورشیدی و باد شارژ می‌شود.

این سیستم به کمک فرآیندی کار می‌کند که «گرمایش مقاومتی» نام دارد. در این شیوه، گرما از مسیر اصطکاک ایجاد می‌شود و جریان الکتریکی از هر ماده‌ای که ابررسانا نباشد عبور می‌کند. سپس هوای گرم ایجاد شده از طریق یک مبدل حرارتی در مخزن به گردش در می‌آید.

شن و ماسه می‌تواند گرمایی با دمای حدود ۵۰۰ درجه سانتیگراد را برای چندین ماه ذخیره کند که یک انرژی ارزشمند و ارزان برای زمستان محسوب می‌شود.

در صورت نیاز، این باتری شنی حتی می‌تواند هوای گرم را تخلیه می‌کند و این کار را نیز از مسیر گرم کردن آب خانه‌ها، دفاتر و حتی استخر‌های محلی انجام می‌دهد.

به گفته مارکو یلونن، پیچیده‌ترین قسمت کار را در این سیستم، رایانه‌ها انجام می‌دهند؛ زیرا «ما باید بدانیم که انرژی یا گرما در داخل انبار چگونه حرکت می‌کند، چقدر انرژی در دسترس است و با چه سرعتی می‌توان باتری را تخلیه و شارژ کرد».

این پروژه همچنین با برنامه‌های بلندمدت شهر «پرناینن» برای رسیدن به کربن صفر همسو است و به همین دلیل بسیاری از ساختمان‌های شهر از جمله مدارس، تالار شهر و کتابخانه‌ها برای دریافت انرژی مورد نیاز به سیستم گرمایش منطقه‌ای متکی هستند.

شهردار «پرناینن» نیز می‌گوید که مقامات این شهر «از همه پروژه‌های نوآورانه که انتشار گاز‌های گلخانه‌ای در عملیات گرمایش منطقه‌ای را کاهش دهند و به گسترش شبکه انرژی پاک کمک کنند، استقبال می‌کند».

انتظار می‌رود که استفاده از این باتری شنی در مجموع باعث کاهش تولید گاز‌های کلخانه‌ای به میزان ۱۶۰ تن در سال شود و انتظار می‌رود علاوه بر حذف سوخت‌های فسیلی، باعث کاهش میزان سوزاندن چوب تا ۶۰ درصد نیز بشود.

مخزن این باتری ۱۳ متر ارتفاع و ۱۵ متر عرض دارد و برآورد شده که ساخت و انجام آزمایش‌های نهایی برای بهره‌برداری از آن حدود ۱۳ ماه طول بکشد؛ به این معنی ساکنان شهر می‌توانند امیدوار باشند که برای زمستان ۲۰۲۵ میلادی از این فناوری برای گرمایش خود استفاده کنند.