مجلة IEEE Spectrum، كانت أكثر قصص الطاقة قراءةً في عام 2024، تُركّز على طرق مبتكرة لإنتاج وتخزين وربط المزيد من الطاقة الخالية من الكربون. أراد قرائنا معرفة المزيد حول إرسال الطاقة عن طريق الليزر، وأنواع جديدة من الاندماج النووي، ومزارع الطاقة الشمسية العمودية، ووسائل فعالة لحفر أعماق أكبر في قشرة الأرض لاستخراج الطاقة الجيُوثُرمية، ومعدات الشبكة التي تربط مشاريع الطاقة المتجددة. سيطرت خطوات شركات التكنولوجيا الكبرى الجريئة لضمان الطاقة النووية لمراكز البيانات في المستقبل على عناوين الصحف الدولية في عام 2024، وقد أحب القراء تغطية Spectrum المركزّة على التكنولوجيا لهذا الموضوع. تهانينا لأفضل 10 قصص طاقة في عام 2024.

“`

رسم توضيحي: تافيس كوبورن

تخيّل مزرعة شمسية ضخمة تدور في الفضاء، تجمع ضوء الشمس دون أي حجب أو انقطاع وتُشعّ غيغاوات من الطاقة إلى الأرض. الفكرة، التي تُسمّى الطاقة الشمسية الفضائية، فكرة عظيمة ومغرية للغاية، دفعت المهندسين والهيئات الحكومية إلى بذل الكثير من الجهد لحل كيفية تحقيقها. بعد كل شيء، لماذا لا نحاول وضع الألواح الشمسية حيث تشرق الشمس دائمًا؟ في أيار/مايو، هنري بارد، الذي تقاعد مؤخرًا من وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، قدم قائمة من الأسباب للحفاظ على مزارعنا الشمسية على الأرض – الآن.

جايمي ثورنطن

مُسّرّح النجوم هو نوع من الآلات التي تبدو خيالية مثلما يبدو اسمها. هدفه هو محاكاة فيزياء النجم عن طريق اندماج أنوية الذرات، وبالتالي توليد طاقة اندماج لا حصر لها الطاقة الناتجة عن الاندماج. عادةً ما تكون هذه الآلات أجهزة ضخمة ذات أذرع متشعبة، تتطلب مليارات الدولارات وعقودًا من الزمن لبنائها. لكن الباحثين في مختبر فيزياء البلازما بجامعة برينستون (PPPL) تمكنوا من بناء واحد منها في أقل من عام مقابل ٦٤٠,٠٠٠ دولار أمريكي. يُوضع على طاولة، وبُني باستخدام قطع مطبوعة ثلاثية الأبعاد وقطع جاهزة. زار محرر مجلة *سpektrum* المساهم [[LINK30]] توم كلاينز [[LINK30]] مختبر PPPL لإلقاء نظرة عميقة على كيفية عمل أكثر آلات مُسّرّح النجوم تواضعًا في العالم، وكيف أثّر ذلك بالفعل في تأسيس شركتين ناشئتين في مجال طاقة الاندماج.

كوايز إنيرجي

يمكن استخراج كمية هائلة من الطاقة الجيُوثَرْمِيَّة من قشرة الأرض إذا استطعنا الحفر بعمق كافٍ. في شهر مارس، نشرت مجلة “سبكتروم” تقريرًا عن شركة ناشئة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تختبر أحد الحلول المحتملة: توجيه موجات ميكروية قوية نحو الصخور لتبخيرها باستخدام آلة تُدعى الجيروترون. وقد استُخدمت هذه التكنولوجيا في تجارب الاندماج النووي لتسخين البلازما والتحكم بها، وشركة ماساتشوستس الناشئة، كياس ايِنرجي، تُعدلها الآن لكي تحفر حتى 20 كيلومترًا في قشرة الأرض. حاليًا، أعمق ثقب صنعه الإنسان موجودًا يمتد 12,262 مترًا تحت سطح سيبيريا، واستغرق حفره ما يقرب من 20 عامًا.

iStock

ما هي أفضل طريقة لإدارة الطاقة الزائدة من مصادر الطاقة الشمسية وطاقة الرياح على نطاق الشبكة؟ وفقًا لدراسة واحدة [[LINK33]]منشورة في مجلة *IEEE Transactions on Energy Management*، فإن الإجابة هي تخزين الهيدروجين. تفوقت على تخزين الهواء المضغوط وأربعة أنواع من البطاريات من حيث الحجم، والتكلفة، والملاءمة. وتشير الدراسة إلى أنه إذا وسعت ألمانيا من استخدام تخزين الهيدروجين في محطات الطاقة المتجددة على مستوى البلاد، فسوف يخفض ذلك التكاليف بنحو 60 بالمائة. وقد قامت المساهمة المستقلة ميشيل هامبسون بتلخيص نتائج الدراسة في هذه المقالة المفضلة للقراء.

iStock

منذ أكثر من 15 عامًا، انتظرتْ شغوفو الطاقة المتجددة وصول خلايا الطاقة الشمسية القائمة على البيروفسكايت [[LINK36]]، التي تُمكن من تحويل طاقة الشمس بكفاءة أكبر من التقنيات المُستَخدَمة حاليًا مثل الخلايا الشمسية القائمة على السيليكون، وتلوريد الكادميوم، وسيلينيد النحاس والإنديوم والغاليوم. أعلنت الشركات المُصنعة لسنواتٍ أنّ الترويج التجاري كان قريبًا جدًّا، لكن بحلول آذار 2024، لم تُقدم أي شركة منتجًا تجاريًا. جزءٌ من المشكلة أنّ مُصنّعي البيروفسكايت [[LINK39]]لا يستخدمون نفس تقنيات التصنيع المُستخدمة في المختبرات الصغيرة التي طوّرتها، وفقًا لتقرير ديكستر جونسون، محرر مُساهم في مجلة *سبكتروم*. [[LINK41]]أعلنت شركة أوكسفورد بي في [[LINK41]] في سبتمبر [[LINK42]]عن أول شحنة من البيروفسكايت، لكن الترويج التجاري الواسع لا يزال غير مؤكد.

<>

تيسلا

مع زيادة توليد الطاقة المتجددة و التخزين على شبكات الكهرباء، يجب على المشغلين اللجوء بشكل متزايد إلى عنصر حاسم من البنية التحتية: محولات الشبكة المُشَكِّلة. تُحوِّل هذه الأجهزة الكهرباء المباشرة إلى كهرباء متناوبة متوافقة مع الشبكة، وتسمح للبطاريات والخلايا الشمسية وطواحين الهواء بالاتصال بالشبكة. وفي جزيرة كاواي في هاواي، حالت دون وقوع كارثة، كما يكتب بنجامين كروبوسكي و أندي هوك في مختبر الطاقة المتجددة الوطني الأمريكي [[LINK46]]. ويقول المؤلفان أنه يجب زيادة استخدام محولات الشبكة المُشَكِّلة إذا كانت المناطق ستحقق أهدافها من الطاقة المتجددة.

ن.ف

في ديسمبر عام ٢٠٢٢، كشف مختبر لورانس ليفرمور الوطني (LLNL) [[LINK47]]أنّه أنتج تفاعلاً اندماجيًا أسفر عن توليد طاقة تفوق الطاقة اللازمة لإشعال التفاعل. وفي فبراير من هذا العام، أكدت ورقة [[LINK48]]منشورة في مجلة *الفيزياء المراجعة الرسائل* ادعاءات LLNL أخيرًا. كما تضمنت الورقة تفاصيل الهندسة المعقدة والتنسيق المذهل للتحضير الذي جعل هذا الاندماج اللحظي ممكناً، وأبرزت حجم العمل الضروري الذي يقف أمامه. يختصر المحرر المساهم في مجلة *السبكتروم* إد جنت ذلك في هذا التحليل الإخباري المفيد.

Kristen Mullen/AP

من أبرز الاتجاهات في مجال الطاقة عام 2024 كانت محاولة شركات التكنولوجيا الكبرى المفاجئة للاستحواذ على الطاقة النووية. أعلنت ميتا، و أمازون، و جوجل، و مايكروسوفت جميعها عن صفقات طموحة لضمان الحصول على الطاقة النووية لتشغيل عمليات الذكاء الاصطناعي ومراكز البيانات المستقبلية. بدأت أمازون سلسلة الإعلانات العامة في آذار/مارس عندما اشترت مركز بيانات مجاور لمحطة طاقة نووية في بنسلفانيا، مع التوقّع بأنها ستتمكن من شراء كميات كبيرة من الطاقة مباشرةً من المحطة، وفقًا لتقرير المساهم الحر أندرو موزمان. لكن المنظمين رفضوا لاحقًا اقتراح أمازون في خطوة رائدة. ستواصل مجلة *سبكتروم* تقديم تغطية للقراء حول هذا الموضوع.

<>

Next2Sun

من عيوب مزارع الطاقة الشمسية أنها قد تستولي على أراضي زراعية خصبة. لكن شركة التكنولوجيا الناشئة الألمانية Next2Sun تستخدم ألواحًا شمسية عمودية تعمل جنبًا إلى جنب مع المحاصيل. تجمع هذه الوحدات ثنائية الوجه الضوء الشمسي من جانبي اللوحة، وهي فعالة بشكل خاص في الصباح والمساء عندما يكون ضوء الشمس منخفضًا. تُوضّح المساهمة المستقلة ريبيكا هيلوايل هذا النهج البسيط في الزراعة الكهروضوئية.

عصر السيليكون قد حان… للبطاريات
Group14

لقد حقق الباحثون تحسينات هائلة في بطاريات الليثيوم أيون [[LINK60]] خلال العقود الثلاثة الماضية، لكن بشكل رئيسي في جانب الكاثود أكسيد الليثيوم-المعدن. أما أنودات الجرافيت، فبقيت إلى حد كبير كما هي، على الرغم من أن السيليكون يمثل بديلاً واعدًا. هذا العام، تعاونت العديد من شركات صناعة السيارات وشركات ناشئة لتصنيع أنودات السيليكون في خلايا البطاريات، على أمل تحقيق [[LINK61]] سيارات كهربائية [[LINK61]] ذات مدى أطول، وشحن أسرع، وأكثر بأسعار معقولة. تُوضّح قصة الأخبار التي كتبها [[LINK62]] براشي باتيل [[LINK62]] نهج هذه الشركات المصنعة للسيارات في مجال بطاريات السيليكون.

المصدر: المصدر