با افزایش تقاضای جهانی انرژی و تسریع در انتقال به سمت منابع انرژی تجدیدپذیر، راه‌حل‌های نوآورانه ذخیره‌سازی انرژی اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کنند. باتری‌های شن به‌عنوان یک فناوری نوظهور، روشی پایدار و کارآمد برای ذخیره‌سازی انرژی ارائه می‌دهند. این مقاله به بررسی عمیق باتری‌های شن می‌پردازد و شامل تعریف این فناوری، کاربردها، مواد مورد استفاده و تکنولوژی تولید آن‌ها می‌شود.
ذخیره‌سازی انرژی یک بخش حیاتی از سیستم‌های انرژی مدرن است، به‌ویژه در زمانی که جهان به سمت منابع انرژی تجدیدپذیر مانند خورشید و باد حرکت می‌کند. سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی سنتی، مانند باتری‌های لیتیوم-یون، با چالش‌هایی مانند کمبود منابع، تأثیرات زیست‌محیطی و هزینه مواجه هستند. در پاسخ به این چالش‌ها، فناوری‌های جایگزین، از جمله باتری‌های شن، در حال توسعه هستند. هدف این مقاله تعریف باتری‌های شن، بررسی کاربردهای آن‌ها، توصیف مواد مورد استفاده و شرح تکنولوژی تولید آن‌ها است.
باتری شن نوعی سیستم ذخیره‌سازی انرژی حرارتی (TES) است که از شن به‌عنوان محیط ذخیره‌سازی استفاده می‌کند. برخلاف باتری‌های معمولی که انرژی را به‌صورت الکتروشیمیایی ذخیره می‌کنند، باتری‌های شن انرژی را به‌صورت گرما ذخیره می‌کنند. این مفهوم شامل گرم‌کردن شن تا دماهای بالا، معمولاً با استفاده از برق اضافی تولید شده از منابع تجدیدپذیر، می‌شود. شن گرم شده می‌تواند این انرژی حرارتی را برای مدت طولانی ذخیره کند و در صورت نیاز، آن را آزاد کرده و برق تولید یا گرما فراهم کند.
باتری شن بر اساس اصل ظرفیت حرارتی خاص عمل می‌کند که در آن از توانایی شن برای ذخیره‌سازی مقادیر زیادی از انرژی حرارتی به ازای واحد جرم استفاده می‌شود. این فناوری به‌ویژه به دلیل فراوانی، هزینه کم و سازگاری با محیط زیست شن جذاب است.
باتری‌های شن چندمنظوره بوده و می‌توانند در بخش‌های مختلفی مورد استفاده قرار گیرند:
ماده اصلی مورد استفاده در باتری‌های شن، شن طبیعی است. انتخاب شن برای بهینه‌سازی عملکرد باتری اهمیت دارد و عوامل متعددی باید مد نظر قرار گیرد:
تولید باتری‌های شن شامل چندین مرحله است:
فکر استفاده از باتری شنی برای اولین بار در یک کارخانه قدیمی خمیر کاغذ در شهر تامپره مطرح شد و شورای محلی هم محل و بودجه لازم برای پیاده کردن آن را تامین کرد.
الینا سپانن، کارشناس انرژی و آلودگی آب و هوا در شورای این شهر گفته است: «اگر ما نیروگاه‌هایی داشته باشیم که در طول زمستان تنها برای مدتی کوتاه قادر به تولید برق است، هنگامی که با بالاترین میزان مصرف و بهای برق مواجه هستیم، کمترین تولید از انرژی تجدیدپذیر را داریم؛ اما اگر راهی انعطاف‌پذیر برای ذخیره گرما در دسترس باشد، هم از نظر آلودگی محیط زیست و هم هزینه انرژی بسیار مفید خواهد بود.»
یکی از چالش‌های بزرگ در حال حاضر این است که آیا این فناوری می‌تواند واقعا تحولی ایجاد کند و آیا می‌توان از این شیوه برای تامین برق و گرمای مورد نیاز استفاده کرد؟
به گفته کارشناسان، تولید مجدد برق از گرمای ذخیره شده در شن و ماسه کارآیی چندانی ندارد اما این روش برای ذخیره گرما برای مدتی طولانی کاملا موثر است و به جای سوزاندن سوخت فسیلی، می‌توان از این گرما برای رفع نیاز خانگی و همچنین صنایع مختلف استفاده کرد.
گروه‌های پژوهشی دیگری از جمله آزمایشگاه ملی انرژی‌های تجدیدپذیر در ایالات متحده پیگیر تحقیقات در استفاده از شن و ماسه به عنوان باتری ذخیره انرژی بوده‌اند اما فنلاندی ها اولین کسانی هستند که یک شیوه کارآمد و از لحاظ تجاری توجیه‌پذیر را ابداع کرده‌اند.
پکا پاسی، مددیر عامل نیروگاه واتاجانکوسکی گفته است که «واقعا روش ساده‌ای است، اما ما دوست داشتیم که چیز جدیدی را امتحان کنیم، تا اولین کسی باشیم که چنین کاری را در جهان انجام می‌دهد؛ البته کل فکر کمی ساده به نظر می‌رسد اما فکر می‌کنم روشی موفقیت‌آمیز خواهد بود.»
باتری‌های شن نمایانگر یک پیشرفت امیدوارکننده در فناوری ذخیره‌سازی انرژی هستند. با استفاده از خواص حرارتی شن، این باتری‌ها یک راه‌حل پایدار، کم‌هزینه و کارآمد برای ذخیره‌سازی انرژی از منابع تجدیدپذیر ارائه می‌دهند. کاربردهای آن‌ها متنوع بوده و از پایداری شبکه تا گرمایش صنعتی را شامل می‌شود و آن‌ها را به گزینه‌ای همه‌کاره برای آینده ذخیره‌سازی انرژی تبدیل می‌کند. تحقیقات و توسعه بیشتر برای بهینه‌سازی مواد و فرآیندهای تولید باتری شن لازم است، اما پتانسیل این فناوری بسیار زیاد است.
هر خرید، یک اثر هنری. از ایران برای جهان
