אחסון אנרגיה: משוכת הממברנה

חוקרים מהטכניון ועמיתיהם בחברת Primus Power פיתחו סוללות זרימה נטולות ממברנה הצפויות להאיץ את שילובן של אנרגיות מתחדשות וירוקות באספקת החשמל. את המחקר, שהתפרסם בכתב העת ChemSusChem, הובילו בטכניון המסטרנטית ליהי עמית ופרופ’ מתי סאס מהפקולטה להנדסת מכונות והפקולטה להנדסה כימית ע”ש וולפסון ומתוכנית האנרגיה ע”ש גרנד (GTEP).

פרופ’ מתי סאס מהפקולטה להנדסת מכונות

אנרגיה מתחדשת היא הדבר הבא: ללא זיהום, ללא ניצול חסר גבול של משאבי כדור הארץ וללא נזקים סביבתיים הפוגעים בבני האדם. השמש והרוח אינן כלות ובידינו הטכנולוגיות לקצור את האנרגיה שלהן ליצירת חשמל זול ונקי.

אז מה הבעיה? הבעיה טמונה באופיים ההפכפך של מקורות האנרגיה המתחדשים: השמש, הנעלמת לשעות רבות ביממה, הרוח הבאה ושוככת וכן הלאה. בניגוד לאי-יציבותם של מקורות אלה, ספקיות החשמל נדרשות לספק זרם יציב יחסית של חשמל לרשתות (grids) המובילות אותו אל הצרכנים למיניהם. לולא מגבלה זו כבר היה העולם, ככל הנראה, מתבסס על אנרגיות בנות-קיימא בשיעורים גבוהים הרבה יותר.

ומה הפתרון? אחסון. אם החשמל המיוצר מהרוח, השמש ושאר המקורות המתחדשים יאוחסן בסוללות גדולות יוכלו ספקיות החשמל להזרים אותו בקצב אחיד במהלך היממה.

לכאורה פתרון פשוט, הרי כולנו משתמשים בסוללות; אולם למעשה, כאשר מדובר באחסון של כמות אנרגיה שכונתית, עירונית, מחוזית או ארצית, הטכנולוגיות הנדרשות לכך – סוללות זרימה – עדיין נמצאות בחיתוליהן. אם הן בכלל זמינות, הרי זה במחיר יקר מאוד.

סוללות זרימה הן סוללות גדולות המאחסנות את האנרגיה, בשלב הטעינה, בפורמט אלקטרוכימי – האלקטרונים נאספים אל אחד משני האלקטרוליטים שבסוללה העשויים מברום ומאבץ. בשלב הפריקה, כאשר הן נדרשות לספק חשמל, עוברים האלקטרונים לאלקטרוליט השני וכך נוצר הזרם.

המסטרנטית ליהי עמית

המרכיב היקר ביותר בסוללת זרימה הוא הממברנה המפרידה בין שני האלקטרוליטים. למעשה, עלות הממברנה יכולה להוות עד 40% מעלות מערך הסוללות (battery stack) כולו. ואם לא די בכך, בשעה שהאלקטרוליטים המייצרים את החשמל יכולים לתפקד היטב במשך עשרות שנים, הממברנה מצריכה תחזוקה ויש להחליפה מדי פעם.

כעת, בזכות החשיבה היצירתית של חוקרי הטכניון, נראה שבעתיד הקרוב נוכל להיפרד לשלום מהממברנה. במחקר האמור פיתחו ליהי עמית ופרופ’ מתי סאס תמיסה שבה לכוד מרבית הברום במעין חלקיקים בעלי מעטפת המשמשת עבורם כממברנה. באופן זה נעים האלקטרוליטים משני הסוגים (האבץ והברום) בזרם אחיד, ובעת הצורך מתאפשר שחרור ברום מהחלקיקים לתמיסה לפי דרישת התגובה על האלקטרודה – וכך נוצר הזרם החשמלי.

חוקרי הטכניון הדגימו את היתכנות הטכנולוגיה במערכת ניסויית והם מעריכים כי הטכנולוגיה תפעל בהצלחה גם בקנה מידה מסחרי. לדברי עמית, “ללא הצורך בממברנה, סוללות זרימה מבוססות אבץ-ברום יהיו זולות יחסית ויפעלו לתקופה ממושכת ללא צורך בתחזוקה היקרה של הממברנה. הכוונה שלנו היא שלכל תחנת כוח של אנרגיה מתחדשת תוצמד יחידת אחסון שתאסוף חלק מהאנרגיה לשימוש עתידי, וכך תאפשר לספק זרם יציב לרשתות החשמל.”

למאמר ב- ChemSusChem לחצו כאן

בתרשים: סוללות הזרימה נטולות הממברנה יצברו את האנרגיה שמקורה בשמש ויעבירו אותה בזמן הרצוי אל הצרכנים