[ad_1]
قم بالتسجيل للحصول على بريدنا الإلكتروني المجاني لتلقي تحليل حصري على هذا الأسبوع
تخيل تحويل نفايات الفاكهة إلى تقنية تخزن الكهرباء. هذا من شأنه أن يقلل من نفايات الطعام ويعزز تخزين الطاقة النظيفة. قام الباحث بعد الدكتوراه فياني نغوي كيسجي بتحويل قشور مانجوستين إلى مواد كربونية متخصصة استخدمها لصنع خلايا تخزين الطاقة الفائقة. لقد توصل إلى طريقة مبسطة للقيام بذلك ، مما يقلل من التكلفة بشكل كبير. يحول هذا الاختراق النفايات الزراعية إلى مكونات قيمة لتكنولوجيا تخزين الطاقة. يضع كيف يعمل وما هو مطلوب لتحقيق ذلك.
ما هو المكثف الفائق؟
المكثفات الفائقة هي نوع من خلية تخزين الطاقة ، على غرار البطارية ، ولكن مع بعض الاختلافات الرئيسية. إنها أجهزة مستقلة تخزن وتطلق الطاقة بمفردها.
إن الفرق الأكبر بين المكثف الفائق والبطارية هو مدى سرعة شحن المكثف الفائق وإطلاق الطاقة. على الرغم من أن البطاريات مصممة لتوفير الطاقة بشكل مطرد على مدى فترة أطول (مثل الدقائق أو الساعات) ، يتم تصميم المكثفات الفائقة لتقديم الطاقة بسرعة كبيرة – خلال ثوان أو دقائق.
هذا يجعلها مثالية للتطبيقات التي تحتاج إلى انفجار سريع من القوة.
فتح الصورة في المعرض
الفرق الأكبر بين المكثف الفائق والبطارية هو السرعة التي يمكن أن يشحنها المكثف الفائق وتحرير الطاقة (ISTOCK)
ربما تستخدم المكثفات الفائقة كل يوم دون إدراك ذلك. إنها تساعد أجهزة مثل الهبات في كاميرا الهواتف الذكية الخاصة بك ، ومبتدئات القفز المحمولة للسيارات ، ومتتبعات اللياقة البدنية ، والساعات الذكية التي تحتاج إلى تعزيزات الطاقة السريعة للعمل بكفاءة.
عند إنشاء الأجهزة ، يختار المصنعون ما إذا كان سيتم استخدام بطارية أو مكثف فائق. يعتمد هذا القرار على مقدار الطاقة اللازمة ومدى سرعة الحاجة إليها. في معظم الأوقات ، لا يدرك المستهلكون ما إذا كانت هناك بطارية أو مكثف فائق داخل أجهزتهم.
في خلايا تخزين الطاقة حيث يتم تخزين الشحنات الكهربائية ، تكون الأقطاب الكهربائية مفتاحًا. يمكن تصنيع أقطاب Supercapacitors مع الكربون المنشط. يمكن صنع ذلك من نفايات الكتلة الحيوية ، مثل قذائف جوز الهند ، وقشور الموز ، وقشور مانغوستين ، وأراضي القهوة. لقد استخدمت قشور مانجوستين في بحثي.
ما هي المكثفات الفائقة المستخدمة؟
بصرف النظر عن ومضات الكاميرا وأبواب الطوارئ ، فإن المكثفات الفائقة مفيدة في الطاقة المتجددة. إنها تتصرف مثل إسفنجات الطاقة الفائقة التي يمكن أن تستوعب الكهرباء الإضافية بسرعة عندما تنتج الألواح الشمسية أو توربينات الرياح الكثير. يمكنهم أيضًا إطلاق هذه الطاقة بسرعة عندما يتم إنتاج القليل جدًا. هذا يساعد على الحفاظ على تدفق الطاقة ثابتًا حتى عندما لا يكون مشمسًا أو عاصفًا.
لا يزال المكثفات الفائقة لاعبًا صغيرًا في عالم تخزين الطاقة ، حيث يبلغ حجم المبيعات حوالي 3 مليارات دولار إلى 4 مليارات دولار سنويًا. لوضع هذا في نصابها الصحيح ، تبلغ مبيعات بطاريات الليثيوم أيون 50 مليار دولار إلى 60 مليار دولار أمريكي سنويًا. معظمها مصنوع في الصين واليابان ، مع بعض الإنتاج في أوروبا وأمريكا أيضًا.
لم يتم القبض على المكثفات الفائقة على نطاق واسع. لهذا السبب يواصل العلماء العمل على زيادة تخزين الطاقة الكلي للمكثفات الفائقة مع الحفاظ على سرعتهم وطول العمر.
ما هو الدور الذي يمكن أن يلعبه مانجوستين؟
كان هناك القليل من الأبحاث حول استخدام قشور فاكهة مانجوستين لإنشاء الكربون. ومع ذلك ، تنمو أشجار مانغوستين بوفرة من الساحل الشرقي لجنوب إفريقيا إلى الصومال وغينيا ، ويمكنهم تحمل الجفاف والعواصف الممطرة.
تحتوي قشورها بشكل طبيعي على 35 ٪ -45 ٪ مركبات غنية بالكربون. عند معالجتها من خلال التجفيف والتدفئة الخالية من الأكسجين وتفعيلها الكيميائي ، تتحول هذه التقشير إلى الكربون المنشط.
من خلال بحثي ، قمت بتطوير طريقة مبسطة لتحويل قذائف Mangosteen إلى كربون نشط للغاية مسامي. من خلال الجمع بين القذائف المجففة وكربونات البوتاسيوم والتسخين مباشرة إلى 700 درجة مئوية في خطوة واحدة ، قمت بإنشاء كربون نشط قيمة من النفايات الزراعية.
فتح الصورة في المعرض
فاكهة مانغوستين (غيتي إيماج)
عادةً ما يكون إنشاء الكربون المنشط عملية أطول من تقشير الفاكهة المسبق والتسخين. لذا فإن طريقتي تسرع العملية. هذه الطريقة الأسرع تجعل الكربون المنشط أرخص بكثير من خلال التخلص من مرحلة التدفئة الأولية لمدة خمس ساعات عند 400-500 درجة مئوية. هذا يحفظ الكهرباء ويقلل من تكاليف الإنتاج ومقدار الوقت الذي يحتاجه الفرن للعمل. هذا ثم يجعلها أكثر بأسعار معقولة للاستخدام التجاري على نطاق واسع.
إن استخدام قشور الفاكهة لإنشاء الكربون المنشط يمنعهم أيضًا من التخلص من مواقع المكب وبدلاً من ذلك يستخدمها لصنع أجهزة تخزين طاقة قيمة. فقط ثلاثة إلى خمسة كيلوغرامات من قشور الفاكهة كافية لإنتاج مئات المكثفات الفائقة. من المتوقع أن ينمو الطلب العالمي على المكثفات الفائقة بشكل كبير خلال العقد المقبل. سيتم تحريك هذا الطلب بشكل أساسي عن طريق السيارات الكهربائية وأنظمة الطاقة المتجددة وأسواق الإلكترونيات الاستهلاكية التي تسعى إلى حلول تخزين الطاقة السريعة والدراجات السريعة.
يمكن أيضًا استخدام قشر الحمضيات لصنع الكربون المنشط. في جميع أنحاء العالم ، تولد صناعة عصير الحمضيات 15 مليون طن من التقشير واللب والبذور كل عام. يمكن استخدام هذه النفايات لصنع المكثفات الفائقة.
ما هو المطلوب لتحقيق هذا؟
تقوم بعض الشركات بالفعل بتحويل النفايات الغذائية والزراعية إلى الكربون المنشط. على سبيل المثال ، يحول Haycarb ، ومقرها في سري لانكا ، قذائف جوز الهند إلى كربون نشط. تقوم Takachar في الولايات المتحدة أيضًا بتطوير تكنولوجيا صغيرة على نطاق صغير لتحويل النفايات الزراعية إلى منتجات مفيدة مثل الكربون المنشط.
في إفريقيا ، يمكن لمحطات معالجة الفاكهة إنشاء منشآت لتحويل نفاياتها إلى كربون نشط. يمكنهم بعد ذلك بيعها لشركات تخزين الطاقة أو غيرها من الصناعات التي تحتاج إليها.
لتحقيق ذلك ، هناك حاجة إلى الخبراء لزيادة تطوير العلم. ستحتاج الحكومات والقطاع الخاص إلى تمويل المعدات والمرافق. بعد ذلك ، تحتاج المصانع التي تصنع المكثفات الفائقة إلى توصيلها بالصناعات التي يمكن أن تشتريها (المركبات الكهربائية والطاقة المتجددة والإنكسيباتية المصنعة).
إن صنع المكثفات الفائقة من تقشير الفاكهة يمكن أن يخلق فرص عمل ودعم أهداف الطاقة المتجددة في إفريقيا.
Vianney Ngoyi Kitenge هو زميل ما بعد الدكتوراه ، Ithemba Labs.
يتم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. اقرأ المقال الأصلي.
[ad_2]
المصدر