برچسب: انرژی

چین عملیات اولین راکتور هسته ای نسل چهارم جهان را آغاز کرده است که برخلاف نیروگاه های معمولی که از آب تحت فشار استفاده می کنند، از گاز برای خنک سازی استفاده می کند. این نیروگاه هسته ای در راستای تلاش های گذشته چین در استفاده از این فناوری است.

خبرگزاری دولتی شین هوا دسامبر 2023 گزارش داد، نیروگاه ساخته شده در استان شاندونگ چین از دو راکتور با دمای بالا که به جای آب با گاز خنک می شوند، برق تولید می کند.

راکتورهای شکافت هسته ای معمولاً با شکستن اتم ها و استفاده از انرژی آزاد شده برای تولید بخاری که توربین ها را راه اندازی می کند، نیرو تولید می کنند. سپس بخار توسط آب در یک مدار کندانسور خنک می شود و آب داغ به برج خنک کننده می رود.

در حال حاضر راکتورهای خنک کننده با آب بیش از 95 درصد از کل راکتورهای برق غیرنظامی فعال در سطح جهان را تشکیل می دهند در حالی که راکتورهای خنک کننده با گاز حدود سه درصد در سراسر جهان را تشکیل می دهند.

علاقه به راکتورهای خنک کننده گازی در سطح جهان در حال افزایش است، زیرا این رآکتورها میتوانند برق کارآمد و مقرون به صرفه را ارائه دهند. به گفته آژانس بین المللی انرژی اتمی (IAEA) چنین راکتورهای مدولار کوچکی همچنین می توانند گرمای فرآیندی با دمای بالا را برای کاربردهای صنعتی مانند تولید هیدروژن، نمک زدایی آب دریا و گرمایش منطقه ای تولید کنند.

• پهپادهای مجهز که بیماران را از سکته قلبی نجات میدهد

نیروگاه هسته ای

راکتور خلیج شیدائو (چین) اولین نیروگاه هسته ای خنک شده با گاز جهان است که برای نمایش تجاری ساخته شده است. توسط هلیوم خنک می شود و می تواند به دمای بالا تا 750 درجه سانتیگراد برسد.

به گزارش خبرگزاری فرانسه، ساخت این نیروگاه در سال 2012 آغاز شد و اولین راکتور آن در سال 2021 به شبکه برق کشور متصل شد. به گفته کارشناسان، چنین رآکتورهایی به دلیل معماری فشرده و طراحی مدولار که باعث کاهش زمان و هزینه ساخت میشود، میتوانند نقش مهمی در کمک به کشورها در انتقال انرژی ایفا کنند.

بر اساس گزارش آژانس بین المللی انرژی اتمی، در حال حاضر بیش از 80 پروژه SMR در 18 کشور در حال توسعه است. چین قبلاً به دنبال تبدیل شدن به یک رهبر جهانی در تولید برق هسته ای بوده است و این کشور قصد دارد تا سال 2035 حدود 10 درصد از تولید برق خود را از این نوع نیروگاه ها بسازد.

راه اندازی جدیدترین نیروگاه همچنین نشان دهنده تلاش چین برای دور شدن از نیروگاه های زغال سنگ و کاهش وابستگی خود به فناوری های خارجی در بحبوحه تنش های فزاینده با کشورهای غربی است.

در حالی که باتری‌ها به بخشی ضروری از زندگی روزمره ما تبدیل شده‌اند، باتری‌های یکبار مصرف سنتی به شدت محیط را آلوده می‌کنند و حاوی مواد خطرناکی مانند سرب، کادمیوم و جیوه هستند که بازیافت آن‌ها فوق‌العاده چالش برانگیز است. اما شاید باتری یون-آلمینیومی این گونه نباشد.

دانشمندان تاکید می‌کنند که این ماده سمی می‌تواند باعث مسمومیت افراد و حیوانات و همچنین آلوده شدن خاک و آب در هنگام قرار گرفتن در معرض محیط زیست در طول زمان شود.

با این حال، در یک پیشرفت اخیر، دانشمندان چینی و استرالیایی راه طولانی را برای تولید اولین باتری غیر سمی ایمن و کارآمد در جهان پیموده اند.

محققان می گویند که مرحله اول توسعه باتری یون-آلمینیومی جدید را با موفقیت به پایان رسانده اند و استاندارد جدیدی را برای ایمنی و عملکرد باتری تعیین کرده اند.

این مطالعه توسط تیمی از محققان دانشگاه فلیندرز در استرالیای جنوبی و دانشگاه علم فناوری ژجیانگ در چین انجام شد.

اجزای غیر سمی

باتری‌های جدید با استفاده از مواد خاصی به نام رادیکال‌های آلی پایدار ساخته می‌شوند که حاوی عنصر حیاتی 2،2،6،6-tetramethylpiperidyl-1-oxy است که به نام TEMPO نیز شناخته می‌شود.

آنها به جای استفاده از مواد شیمیایی مضر، از مایعات مبتنی بر آب استفاده می کنند. به گفته محققان، این الکترولیت‌های مبتنی بر آب به تکامل اولین طراحی باتری‌های رادیکال آلومینیومی کمک کردند که هم مقاوم در برابر آتش و هم در برابر هوا پایدار هستند.

آنها گفتند: “این عنصر یک خروجی ولتاژ پایدار 1.25 ولت و ظرفیت 110 میلی آمپر ساعت گرم در 800 سیکل با تنها 0.028٪ تلفات در هر چرخه ارائه می دهد.”

• چشم مصنوعی بیونیک نابینایی را درمان میکند

این ترکیب به باتری ها اجازه می دهد انرژی را به طور موثر ذخیره کنند و آنها را با توانایی آتش گرفتن آسان مجهز می کند. این پتانسیل آنها را برای مقرون به صرفه بودن افزایش می دهد و راهی ایمن برای ذخیره انرژی برای مصارف مختلف ارائه می دهد.

در این بیانیه آمده است که پروفسور جیا ژوآنگفا، از دانشگاه فلیندرز، امیدوار است در آینده از مواد زیست تخریب پذیر برای توسعه باتری های بسته نرم استفاده کند تا این محصول ایمن و پایدار باشد.

علاوه بر این، باتری‌های ساخته شده از یون‌های فلزی چند ظرفیتی به‌ویژه – Al3+، Zn2+، یا Mg2+، از عناصر فراوان پوسته زمین استفاده می‌کنند و چگالی انرژی بسیار بالاتری نسبت به باتری‌های لیتیوم یون معمولی (LIBs) ارائه می‌دهند.

چالش های باتری یون-آلمینیومی

پروفسور جیا ژوآنگفا گفت: “به ویژه، باتری یون-آلمینیومی (AIBs) توجه زیادی را به خود جلب می‌کنند زیرا آلومینیوم سومین عنصر فراوان (8.1 درصد) است که باعث می‌شود AIB‌ها به طور بالقوه یک سیستم ذخیره انرژی پایدار و کم‌هزینه باشند.”

یکی از چالش‌های مهمی که دانشمندان با آن روبرو هستند، حرکت آهسته مجتمع‌های یونی AI3+ است که می‌تواند باعث کاهش کارایی کاتد باتری‌ها شود.

محققان می گویند که پلیمرهای مزدوج آلی در حال ظهور کاتدهایی برای AIB ها هستند تا مشکل انتقال یون را برطرف کنند، اما عملکرد خروجی ولتاژ باتری آنها ضعیف است.

محققان می گویند: “این مواد رادیکال هرگز در AIB ها به دلیل عدم درک واکنش شیمیایی (الکترو) آنها در الکترولیت ها استفاده نشده اند.”

محققان مؤسسه فناوری کارلسروهر در آلمان فرآیندی نوآورانه ایجاد کرده اند که تولید کربن را از کربن دی‌اکسید (CO2) موجود در جو انجام می دهد. نصب فاز اول این پروژه می تواند 0.001 تن (دو کیلوگرم) CO2 را در یک روز از هوای محیط خارج کند و آن را به 0.5 کیلوگرم کربن جامد تبدیل کند.

این پروژه تحقیقاتی با نام NECOC (دی اکسید کربن منفی به کربن) با همکاری INERATEC و Climeworks طراحی شده است.
در بیانیه مطبوعاتی آمده است: “این تلاش‌ها بخشی از هدف برای خنثی‌سازی کربن آلمان است و از آن می‌خواهد چرخه‌های کربن در صنایع خود را در اسرع وقت ببندد تا به آنجا برسد.”

رسیدن به اهداف

هیئت بین دولتی تغییرات آب و هوایی (IPCC) نیاز به حذف و ذخیره دائمی CO2 موجود در جو را برای دستیابی به هدف 1.5 درجه ای تعیین شده برای افزایش دما تا سال 2030 نشان داده است.

دکتر بنجامین دیتریش از موسسه مهندسی فرآیند حرارتی KIT (TVT) می گوید: “اگر می‌خواهیم تولید صنعتی را ادامه دهیم، باید راه‌حل‌های فناوری کاملاً جدیدی پیدا کنیم. پتانسیل تامین صنعتی کربن تولیدی پیشنهاد می شود که در «تولید باتری، مصالح ساختمانی، رنگ ها و در بخش کشاورزی» مورد نیاز است.”

کربن عمدتاً از منابع سوخت فسیلی در سراسر جهان تولید می شود.

دیتریش گفت: “اگر این کربن به طور دائمی محدود باقی بماند، ما با موفقیت انتشار منفی را با بخشی از عرضه منابع پس از فسیلی به عنوان بخشی از استراتژی مدیریت کربن آینده ترکیب می‌کنیم.”  تیم می گوید که این امر به آینده ای پایدار کمک مضاعف می کند.

• تولید انبوه کامیون برقی 7.5 تنی آغاز شد

نحوه جذب CO2 توسط سیستم

این فرآیند شامل سه مرحله است. یک جاذب برای جداسازی CO2 از هوای محیط اولین مرحله از چرخه را تشکیل می دهد. CO2 در فاز دوم به یک راکتور ریزساختار منتقل می شود و با هیدروژن یک الکترولایزر متصل واکنش می دهد.

این واکنش منجر به اجزای کربن و اکسیژن می شود که پیوندهای جدیدی تشکیل می دهد و CO2 به متان و آب تبدیل می شود. در حالی که آب به الکترولیز برمی گردد، متان، از جمله کربن، به راکتوری با قلع مایع ختم می شود.

در مرحله آخر، “یک واکنش پیرولیز، مولکول های متان را شکافته و هیدروژن ایجاد می کند که می تواند برای تقسیم CO2 برگردانده شود.” کربن باقیمانده که به صورت میکرو گرانول روی قلع شناور است را می توان به صورت مکانیکی حذف کرد. تولید کربن با این فرآیند انجام می شود.

این تیم قادر به تغییر پارامترهایی مانند سطح دما برای تولید تغییرات کربن مختلف مانند گرافیت، کربن سیاه یا حتی گرافن بود.

مرحله دوم به مقیاس کردن فرآیند کمک خواهد کرد

فرصت‌ها برای افزایش مقیاس و بهینه‌سازی فرآیند برای توسعه، هدف اولیه فاز دو پروژه خواهد بود.

مدیر پروژه دکتر لئونید استوپل گفت: “ما در حال برنامه ریزی هستیم تا با بهبود بازیابی انرژی از گرمای فرآیند، این روش را از نظر انرژی کارآمدتر کنیم.”

این تیم همچنین به دنبال ادغام ذخیره سازی حرارت در دمای بالا و گرمایش مستقیم خورشیدی در این فرآیند است. تولید کربن از هوا، انسان را یک قدم دیگر به پاکسازی جو نزدیک می کند.