الليثيوم السائل قد يتفوق على الهيدروجين في توليد الكهرباء

يفتح الليثيوم السائل آفاقًا واعدةً أمام العلماء والباحثين لتوليد كميات أكبر من الكهرباء المستدامة عبر تقنية الاندماج، وهو ما يعتقد البعض أنه قد يخطف الأنظار من الهيدروجين بوصفه أحد مصادر الطاقة المستقبلية المبشرة.

وأظهرت تجارب بحثية حديثة أنه ربما يكون من السهل استعمال الاندماج مصدر طاقة عند وضع الليثيوم السائل على الجدران الداخلية لجهاز يحتوي على بلازما الاندماج.

والبلازما، الحالة الرابعة للمادة، هي عبارة عن غاز ساخن يتألف من جزيئات مشحونة كهربيًا، وتتكوّن من أيونات موجبة وإلكترونات حرة.

وتحدث تفاعلات الاندماج عندما تكون المواد في حالة البلازما التي تتسم بخصائص فريدة تميّزها عن الحالات الصلبة والسائلة والغازية، وفق معلومات رصدتها منصة الطاقة المتخصصة (مقرها واشنطن).

طاقة الاندماج

يعمل العلماء في مختبر برينستون لفيزياء البلازما (Princeton Plasma Physics Laboratory) -وهو منشأة بحثية تابعة لوزارة الطاقة الأميركية، ومقرها ولاية نيو جيرسي- على إيجاد حلول لتسخير طاقة الاندماج، كي تصبح بديلًا نظيفًا لمصادر الوقود الأحفوري.

ويستعمل هؤلاء العلماء -غالبًا- أجهزة يُطلق عليها توكاماك (tokamak) -جهاز تجريبي مصمم لتحقيق الاستفادة القصوى من الطاقة الناجمة عن الاندماج- التي تعمل على حصر شكل البلازما على أساس حقول مغناطيسية.

وقال عالم الفيزياء البحثي في مختبر برينستون لفيزياء البلازما، دينيس بويل: “الهدف الرئيس من تلك الأجهزة هو حصر الطاقة”.

وأضاف بويل: “إذا كان لديك حصر أفضل للطاقة يمكنك جعل الآلات أصغر حجمًا وأقل تكلفة”.

وهذا من شأنه أن يجعل كل شيء عمليًا أكثر بكثير، وأقل من حيث التكلفة، ولذا سترغب الحكومات والصناعة في أن تضخ مزيدًا من الاستثمارات في تلك التقنية.

وعُرضت تلك النتائج خلال اجتماع قسم فيزياء البلازما في الجمعية الفيزيائية الأميركية، وهي تُعد جزءًا من تجربة الليثيوم بيتا توكاماك إل تي إكس-بي (LTX-β).

الليثيوم السائل

في الدراسة المنشورة بقاعدة بيانات ساينس دايركت (Science Direct) العلمية التابعة لدار النشر الهولندية الشهيرة إلزيفير (Elsevier)، قال العلماء إن الليثيوم السائل من الممكن أن يخطف الأنظار من الهيدروجين بصفته مصدرًا للطاقة.

وفي النتائج الأخيرة، أثبت العلماء الكيفية التي يمكن أن تساعد من خلالها إضافة طبقة من الليثيوم السائل إلى الجدار الداخلي لجهاز توكاماك، البلازما على البقاء ساخنة عند حافتها.

ويُعد الحفاظ على سخونة حافة البلازما أمرًا لا غنى عنه لآلية عملها المميزة، ويأمل العلماء أن يُسهم هذا في تصميم محطات توليد الكهرباء بتقنية الاندماج.

وفي تجارب “الليثيوم بيتا توكاماك” السابقة درس الباحثون طبقات الليثيوم الصلبة، ووجدوا أنها من الممكن أن تعزز البلازما.

لكنّ الباحثين أعربوا عن بالغ سعادتهم بعد أن نجحوا في الحصول على نتائج مماثلة مع الليثيوم السائل، لأنه أكثر ملاءمة للاستعمال في جهاز توكاماك على نطاق واسع، وفق متابعات منصة الطاقة المتخصصة.

ولدى الليثيوم السائل القدرة على تقليل الحاجة إلى الإصلاحات، إذ إنه يعمل درعًا للجدران الداخلية للجهاز في أثناء تعرضها لحرارة البلازما.

وتمتص هذه المادة قرابة 40% من أيونات الهيدروجين الخارجة من البلازما.

وأظهرت البيانات أنه جرى إعادة تدوير عدد أقل من الجزيئات مرة أخرى إلى البلازما، لتكون بمثابة غاز محايد بارد نسبيًا.

الليثيوم والهيدروجين

يهتم الخبراء بإيجاد بيئة ذات إعادة تدوير منخفضة، نظرًا إلى أن العديد من أيونات الهيدروجين المطرودة من البلازما لا يجري إعادة تدويرها، ما يدفع العلماء إلى تبريد حافة البلازما.

وفي النهاية، افترضت بيئة إعادة التدوير المنخفضة تلك أن درجة الحرارة عند حافة البلازما أقرب إلى درجة الحرارة عند مركزها.

وينبغي أن يسمح هذا التجانس في درجة الحرارة للبلازما بتخزين الحرارة بصورة أفضل مما لو لم يُستعمَل الليثيوم السائل.

وتُسهم آلية العمل تلك في تفادي عدد كبير من حالات عدم الاستقرار.

وعلاوة على ذلك، فقد أتاح الليثيوم السائل زيادة في كثافة البلازما عندما حُقن شعاع من الجسيمات المحايدة عالية الطاقة لتسخين البلازما وتغذيتها.

في المقابل، أظهر الليثيوم الصلب زيادة صغيرة فقط في كثافة البلازما، وفق نتائج الدراسة التي رصدتها منصة الطاقة المتخصصة.

وعند استعمال شعاع محايد، دفعت أيونات الهيدروجين المضافة أيونات الهيدروجين الموجودة بالفعل في البلازما في عملية يُطلق عليها “تبادل الشحنات”.

ويرى الباحثون أن الاختلاف الرئيس يكمن في أن كمية صغيرة من الليثيوم تبخرت من الجدران السائلة للمفاعل ودخلت إلى البلازما.

وحوّلت شوائب الليثيوم الموجودة في البلازما ديناميكيات تبادل الشحنات، وسمحت للبلازما بالاحتفاظ بأيونات الهيدروجين المضافة بوساطة الشعاع المحايد دون إزالة أيونات الهيدروجين الأخرى، ما نَتجَ عنه زيادة في كثافة البلازما.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..