خرسانة تتحول إلى بطارية لتخزين الطاقة

هيكل مقوس مصنوع من الخرسانة الجديدة استطاع تحمُّل وزنه وأحمال إضافية مع تشغيل مصباح «LED»

نجح فريق من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا بالولايات المتحدة في تطوير نوع جديد من الخرسانة قادر على تخزين الكهرباء إلى جانب وظيفته الأساسية في إنشاء المباني، في خطوة قد تُحدث ثورة في عالم البناء والطاقة.

وأوضح الباحثون في النتائج المنشورة، الجمعة، بدورية «PNAS» أن هذه المادة «الذكية» يمكنها بناء وتشغيل المباني في الوقت نفسه.

وتعتمد الخرسانة الجديدة، المعروفة باسم الخرسانة الكربونية الموصلة للإلكترونات (EC³)، على دمج الكربون الأسود النانوي مع الإلكتروليتات داخل مزيج الأسمنت والماء، لتشكيل شبكة نانوية موصلة للكهرباء داخل المادة نفسها.

هذه الشبكة هي بمثابة نسيج متفرع يحيط بمسام الخرسانة؛ ما يسمح للإلكتروليت بالتغلغل فيها، وتدفق التيار الكهربائي. وبفضل هذه البنية، يمكن للخرسانة تخزين الطاقة الكهربائية وإطلاقها عند الحاجة، تماماً مثل البطاريات أو المكثفات الفائقة، مع الاستفادة من قوة الخرسانة في تحمُّل الأحمال الإنشائية.

واستطاع الباحثون زيادة قدرة تخزين الطاقة في هذا النوع من الخرسانة بمقدار 10 أضعاف، بفضل تحسين تركيبة الإلكتروليت وطريقة التصنيع. ففي 2023، كانت قدرة الخرسانة على تخزين الطاقة محدودة إلى درجة أن تخزين طاقة تكفي لتشغيل منزل متوسط استهلاك الطاقة كان يحتاج إلى نحو 45 متراً مكعباً من الخرسانة؛ أي ما يعادل حجم قبو منزل تقليدي. أما الآن، فقد نجح الباحثون في تحسين تركيب الإلكتروليت، ودمجه مباشرة في مزيج الخرسانة في أثناء التصنيع؛ ما أزال قيود الاختراق، وحسَّن كفاءة الشبكة لتصل القدرة على تخزين الطاقة إلى 10 أضعاف.

ومن ثم، أصبح بإمكان 5 أمتار مكعبة فقط من الخرسانة الجديدة تخزين طاقة تكفي لتشغيل منزل كامل يومياً؛ أي بحجم جدار قبو نموذجي، مع إمكانية استخدام الإلكتروليتات العضوية أو حتى ماء البحر لتطبيقات متنوعة.

وأظهرت الدراسة أن استخدام الإلكتروليتات العضوية، وهي مواد تساعد الكهرباء على المرور بسهولة داخل الخرسانة، مثل أملاح الأمونيوم الرباعية مع مادة «الأسيتونتريل»، حقق أفضل أداء؛ إذ يمكن لمتر مكعب واحد من الخرسانة الجديدة تخزين أكثر من 2 كيلوواط/ساعة؛ أي ما يكفي لتشغيل ثلاجة ليوم كامل.

كما ظهر أن ماء البحر يمكن أن يكون إلكتروليتاً مناسباً؛ ما يتيح استخدام الخرسانة في البيئات الساحلية أو البحرية دون الحاجة لمواد إضافية خاصة. ولإظهار الفكرة عملياً، بنى الفريق هيكلاً مقوساً صغيراً من الخرسانة الجديدة يعمل بجهد 9 فولتات، استطاع تحمُّل وزنه وأحمال إضافية مع تشغيل مصباح «LED». وعند زيادة الحمل على القوس، لاحظ الباحثون أن الضوء خفت؛ ما يشير إلى أن الخرسانة ربما تكون قادرة على مراقبة حالتها الإنشائية ذاتياً، وإرسال إشارات عند تعرُّضها للإجهاد.

ووفق الفريق، فإن هذه التقنية قد تكون متاحة مستقبلاً في تطبيقات مثل مواقف سيارات أو كطرق ذكية لشحن السيارات الكهربائية، أو لمنازل تعمل بالكامل خارج الشبكة الكهربائية، مع الاستفادة أيضاً من خواص الخرسانة في تسخين الأرصفة خلال الشتاء.