4 تكنولوجيات يمكن أن تدعم مستقبل الطاقة

أين يمكنك أن تجد أشعة الليزر، وآلات الغيتار الكهربائية، ورفوفاً مليئة بالبطاريات الجديدة، كل ذلك في الغرفة العملاقة نفسها؟ في الأسبوع الثالث من مارس/آذار الماضي، كانت الإجابة في مؤتمر وكالة مشاريع الأبحاث المتقدمة للطاقة "آربا-إي" للابتكار في مجال الطاقة لعام 2025، الذي عُقد خارج العاصمة الأميركية واشنطن.

يمكن للابتكار في مجال الطاقة أن يتخذ أشكالاً متعددة، وقد تجلى التنوع في أبحاث الطاقة بوضوح في تلك القمة. توفر وكالة آربا-إي، وهي جزء من وزارة الطاقة الأميركية، التمويل للمشاريع البحثية العالية المخاطر وذات العوائد المرتفعة. وتجمع القمة المشاريع التي موّلتها الوكالة، إلى جانب المستثمرين وصانعي السياسات والصحفيين.

وعُرضت مئات المشاريع في قاعة ضخمة خلال المؤتمر، وتضمنت عروضاً توضيحية ونتائج الأبحاث. وفيما يلي أربعة من أكثر الابتكارات المثيرة للاهتمام التي رصدتها إم آي تي تكنولوجي ريفيو في موقع المؤتمر.

اقرأ أيضاً: هل ستنتشر واجهات التخاطب بين الدماغ والحاسوب على نطاق واسع؟

الفولاذ المصنّع بالليزر

طورت شركة لايملايت ستيل (Limelight) الناشئة عملية لصناعة الحديد، المكون الرئيسي في الفولاذ، باستخدام الليزر لتسخين خام الحديد إلى درجات حرارة عالية جداً.

ويشكّل إنتاج الفولاذ ما يقرب من 8% من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري العالمية اليوم، ويرجع ذلك جزئياً إلى أن معظم الفولاذ لا يزال يُصنع باستخدام الأفران العالية، التي تعتمد على الفحم لبلوغ درجات الحرارة العالية التي تطلق التفاعلات الكيميائية المطلوبة.

وبدلاً من ذلك، تسلط لايملايت أشعة الليزر على خام الحديد، ما يؤدي إلى تسخينه إلى درجات حرارة تتجاوز 1,600 درجة مئوية. ويمكن بعد ذلك فصل الحديد المنصهر عن الشوائب، ويمكن وضع الحديد في العمليات الحالية لصنع الفولاذ.

وقد بنت الشركة نظاماً تجريبياً صغيراً بقوة ليزر تبلغ نحو 1.5 كيلو واط، يمكنه معالجة كمية من الحديد الخام تتراوح من 10 إلى 20 غراماً. ويتألف النظام بأكمله من 16 مصفوفة ليزر، كل منها أكبر قليلاً من الطابع البريدي.

المكونات الموجودة في النظام التجريبي متوافرة تجارياً؛ ويستخدم هذا النوع الخاص من الليزر في أجهزة عرض الشرائح. وقد استفادت الشركة الناشئة من التقدم الذي تحقق على مدار سنوات طويلة في صناعة الاتصالات السلكية واللاسلكية التي ساعدت على خفض تكلفة الليزر، على حد قول الشريك المؤسس للشركة والرئيس التنفيذي للتكنولوجيا، آندي تشاو.

وتتمثل الخطوة التالية في بناء نظام أكبر حجماً يستخدم 150 كيلو واط من طاقة الليزر ويمكن أن يصنع ما يصل إلى 100 طن من الفولاذ على مدار عام.

الصخور التي يمكن أن تصنع الوقود

قد لا تبدو قطع الصخور المعروضة في جناح معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (إم آي تي) ذات تقنية عالية، لكنها قد تساعد في يوم من الأيام على إنتاج الوقود والمواد الكيميائية.

كان موضوع الهيدروجين الجيولوجي أحد المواضيع الرئيسية المطروحة للنقاش في قمة آربا-إي، فهناك الكثير من الإثارة حول الجهود المبذولة للعثور على رواسب الغاز تحت الأرض، التي يمكن استخدامها وقوداً في مجموعة واسعة من الصناعات، بما في ذلك النقل والصناعات الثقيلة.

في العام الماضي، موّلت وكالة آربا-إي عدداً من المشاريع في هذا المجال، بما في ذلك مشروع في مختبر أيونيتم أباتي (Iwnetim Abate) في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ويُعد أباتي من بين الباحثين الذين لا يهدفون فقط إلى البحث عن الهيدروجين، بل إلى استخدام الظروف الجوفية للمساعدة على إنتاجه. في وقت سابق من هذا العام، نشر فريقه بحثاً يُظهر أنه يمكن للعلماء إنتاج الهيدروجين بالإضافة إلى مواد كيميائية أخرى، مثل الأمونيا، باستخدام المحفزات والظروف الشائعة في باطن الأرض. وقد شارك أباتي في تأسيس شركة فرعية باسم "أديس إنيرجي" (Addis Energy) لتسويق البحث، والتي تلقت منذ ذلك الحين أيضاً تمويلًا من وكالة آربا-إي.

يمكن استخدام الصخور المتاحة على وجه الأرض كلها، من قطعة البازلت الصلبة الداكنة إلى مادة التلك الأكثر ليونة، لإنتاج هذه المواد الكيميائية.

اقرأ أيضاً: هل ستقود السرعة في تطوير نماذج الذكاء الاصطناعي التوليدي إلى أزمة طاقة عالمية؟

غيتار كهربائي يعمل بمغانط نتريد الحديد

انبعث صوت الموسيقى من حجرة شركة نيرون ماغنيتيكس (Niron Magnetics) الصغيرة عبر الممرات المجاورة. وتوقف الناس الذين كانوا يتجولون في المكان ليتناوبوا على اختبار مغانط الشركة التي اتخذت شكل غيتار كهربائي.

يحتوي معظم المغانط العالية القدرة اليوم على النيوديميوم، ومن المتوقع أن يشهد الطلب عليها ارتفاعاً هائلاً في السنوات المقبلة، خاصة مع إقبال العالم على بناء المزيد من السيارات الكهربائية والتوربينات الريحية. وقد تتقلص الإمدادات، كما أن الجوانب الجيوسياسية معقدة لأن غالبية الإمدادات تأتي من الصين.

تصنع شركة نيرون مغانط جديدة لا تحتوي على معادن أرضية نادرة. حيث تعتمد تكنولوجيا نيرون بدلاً من ذلك على مواد أكثر وفرة كالنيتروجين والحديد.

ويُعد الغيتار منتجاً تجريبياً، فاليوم، تحتوي المغانط في الغيتارات الكهربائية عادةً على مغانط مصنوعة من الألومنيوم والنيكل والكوبالت، التي تساعد على تحويل الاهتزازات الصادرة من الأوتار الفولاذية إلى إشارة كهربائية يجري بثها عبر مضخم الصوت. لقد صنعت نيرون آلة موسيقية باستخدام مغانط نتريد الحديد بدلاً من ذلك. (يمكنك مشاهدة صور الغيتار من فعالية العام الماضي هنا)

افتتحت شركة نيرون منشأة تجارية تجريبية في أواخر عام 2024 بطاقة إنتاجية تبلغ 10 أطنان من المغانط سنوياً. ومنذ آخر مرة تناولنا فيها أخبار نيرون، في أوائل عام 2024، أعلنت الشركة عن خططها لإنشاء مصنع إنتاجي، بطاقة إنتاجية سنوية تبلغ نحو 1,500 طن من المغانط بمجرد أن يبلغ معدل الإنتاج حدوده القصوى.

بطاريات لتشغيل مراكز البيانات العالية الأداء

كان الطلب المتزايد على الطاقة من الذكاء الاصطناعي ومراكز البيانات موضوعاً بارزاً آخر في القمة، حيث انتشرت رفوف الخوادم في المعرض لعرض التكنولوجيات التي تستهدف هذا القطاع. لفت انتباهي أحد الرفوف المليئة بالبطاريات من إنتاج شركة ناترون إنيرجي (Natron Energy).

تصنع الشركة بطاريات الصوديوم أيون للمساعدة في تلبية الطلب على الطاقة من مراكز البيانات.

تتفاوت احتياجات مراكز البيانات من الطاقة بصورة مذهلة، ومع تزايد احتياجاتها الإجمالية من الطاقة، قد تؤثر هذه التقلبات في الشبكة الكهربائية. يمكن تركيب بطاريات الصوديوم أيون التي تنتجها ناترون في هذه المنشآت للمساعدة على تحقيق الاستقرار عند بلوغ ذروة الاستهلاك، ما يسمح لمعدّات الحوسبة أن تعمل بكامل طاقتها دون التسبب بإرهاق الشبكة، على حد قول المؤسس المشارك والرئيس التنفيذي للتكنولوجيا لشركة ناترون، كولين ويسيلز.

تُعد بطاريات الصوديوم أيون بديلاً أقل تكلفة من البطاريات التي تعتمد على الليثيوم. كما أن تصنيعها لا يتطلب الليثيوم والكوبالت والنيكل، وهي مواد تواجه مجموعة من القيود في الإنتاج أو المعالجة. ونحن نشهد ظهور أنواع من بطاريات الصوديوم أيون في السيارات الكهربائية في الصين.

وقد افتتحت ناترون خطاً للإنتاج في ولاية ميشيغان العام الماضي، وتخطط الشركة لافتتاح مصنع بقيمة 1.4 مليار دولار في ولاية نورث كارولاينا.