استفاده از زئولایت (Zeolite) طبیعی در ذخیره سازی انرژی خورشیدی

بطور کلی هماهنگ ساختن میزان تقاضای انرژی مصرف کنندگان با تغییرات انرژی خورشیدی کار مشکلی می باشد. بنابراین ذخیره سازی انرژی خورشید یکی از مسائل اساسی در تحقیقات در حال انجام در مورد استفاده از انرژی خورشیدی می باشد. بطور کلی روشهای ذخیره انرژی خورشیدی را می توان به سه گروه تقسیم بندی کرد:
1 – ذخیره سازی آشکار گرما ( Sensible Heat Storage )  
در سیستمهای انرژی خورشیدی با دمای متوسط و کم، آب و سنگ بهترین و ارزانترین واسطه ذخیره انرژی هستند. انرژی گرمایی جمع آوری شده توسط کلکتورهای انرژی خورشیدی ، دمای جسم واسط را افزایش داده، بنابراین انرژی گرمایی در آن ذخیره می شود. هنگام نیاز، انرژی گرمایی برای استفاده بازیابی می شود.
2 – ذخیره سازی پنهان گرما ( Latent Heat Storage )
برای این نوع ذخیره سازی ، لازم است واسطه ذخیره ساز انرژی، دارای ویژگیهایی از قبیل قابلیت جذب انرژی زیاد، تغییرات کوچک در حجم و اندازه، ثبات شیمیایی و تکرارپذیری خوب، باشد. در حال حاضر معمولا" سولفات ، نیترات و هیدروکربناتها بعنوان واسطه ذخیره انرژی بکار می روند.
3 – ذخیره سازی انرژی از طریق واکنش شیمیایی ( Chemical Reaction Energy Storage )
در این روش، واکنش گرماگیر ( endothermic  ) مواد شیمیایی برای ذخیره انرژی گرمایی بکار می رود هنگامی که واکنش معکوس انجام گیرد، گرما قابل بازیابی است . معمولا" اکسیدهای غیر آلی بعنوان ماده واسط بکار برده می شوند .
روش ذخیره انرژی خورشیدی با استفاده از زئولایتها
زئولایت ، آلومینیوسیلیکات معدنی قلیایی یا فلز خاکی قلیایی است که دارای کریستال آب می باشد.
فرمول شیمیایی عمومی آن بصورت زیر است :
A m X p O 2 p . n H 2 O
که بجای A  : S r , Ba , K , Na , Ca  وبجای   Al : Xو Si قرار می گیرد. در ساختار آلومینوسیلیکات زئولایتها فضاهای خالی بین کریستالی بین 20 تا 50 در صد حجم کریستال را تشکیل می دهند. هنگامی که زئولایتها حرارت داده شوند، مولکولهای آب بین کریستالی تا اندازه ای یا بطور کامل خارج می شوند. بعد از خارج شدن آب ، مولکولهای آب مجددا" می توانند از طریق هوا یا آب جذب شوند و بدین ترتیب ساختار شبکه کریستالی زئولایت آسیب نخواهد دید.
زئولایتها در واکنش جذب آب بشدت گرمازا هستند . ویژگی جذب و دفع آب ، از زئولایت یک ماده جدید برای جذب انرژی خورشیدی ساخته است . مادامیکه زئولایتهائی که آب خود را از دست داده اند دور از آب نگه داشته شوند، انرژی گرمایی ذخیره شده در آنها را می توان تا هر زمان دلخواه محفوظ نگه داشت. هنگامی که نیاز به بازیابی انرژی گرمایی زئولایتها می باشد، می توانیم با کنترل سرعت جذب آب ، سرعت خروج انرژی را کنترل کنیم . بنابراین زئولایتها قابلیتهای بهتری نسبت به روشهای جذب انرژی که پیشتر گفته شد دارند.
معمولا" زئولایت مصنوعی 13 X  بعنوان ماده ذخیره کننده انرژی انتخاب می شود. برای مقایسه توانائی جذب گرمای زئولایت مصنوعی با زئولایتهای طبیعی آزمایش زیر انجام گرفته است.
نمونه هایی از زئولایتهای طبیعی که دارای خواص لازم بوده را انتخاب کرده و این نمونه ها به اندازه های متفاوت خرد شده اند. این نمونه ها بمنظور حرارت دادن به مدت یک ساعت به ترتیب در درجه حرارت 50 ، 100 ،150 و 200درجه سانتیگراد درون محفظه های مخصوص در یک کلکتور خورشیدی واحد که درمحدوده 200- 50 درجه سانتیگراد کار می کند قرار گرفته اند. با مقایسه نتایج بدست آمده برای زئولایتهای طبیعی و زئولایت مصنوعی 13 X در می یابیم که :
با افزایش دمای گرمادهی ، میزان آب از دست داده نمونه ها افزایش می یابد. در یک نوع مشخصی از زئولایت طبیعی هرچه اندازه دانه های زئولایت طبیعی کوچکتر باشد، آب بیشتری از دست می دهد.
تغییرات دمای هر یک از نمونه ها با افزایش دما زیادتر می شود. بدین خاطر است که آب از دست رفته نمونه ها در دمای گرما دهی بالاتر ، بیشتر بوده و انرژی ذخیره شده نیز بزرگتر می باشد و بالعکس.
بین 100 – 50 درجه سانتیگراد که محدوده گرمادهی پایین می باشد، تفاوت تغییرات دمای زئولایت مصنوعی 13 X و سایر نمونه ها کم است . دلیل آن این است که آب از دست داده زئولایت مصنوعی    13 X و سایر نمونه ها در این محدوده کم است .
بین 200 – 100 درجه سانتیگراد که محدوده دمای گرمادهی بالا می باشد، تفاوت تغییرات دمای زئولایت مصنوعی 13 X و سایر نمونه ها به تدریج با درجه حرارت افزایش می یابد. در 200 درجه سانتیگراد این تفاوت به خاطر از دست دادن آب حداکثر است.
نتیجه گیری 
1- هنگامی که دما کمتر از 100 درجه سانتیگراد، اثر ذخیره انرژی زئولایتهای طبیعی تقریبا" همانند زئولایت مصنوعی 13X است . بنابراین می توانیم از زئولایتهای طبیعی بعنوان مواد ذخیره کننده انرژی بجای زئولایت مصنوعی 13X در دمای کمتر از 100 درجه سانتیگراد استفاده کنیم . دمای کار کلکتورهای مسطح خورشیدی متداول نیز معمولا" زیر 100 درجه سانتیگراد است . بنابراین نتیجه گیری ذکر شده دارای اهمیت زیاد است .
2- در حرارت بین 100 تا 200 درجه سانتیگراد، زئولایت مصنوعی 13X مزایای کاملا" مشخصی نسبت به زئولایت طبیعی دارد زیرا :
الف – ناخالصی کمتری نسبت به زئولایت طبیعی، که بر ذخیره انرژی تأثیر می گذارد، دارد.
ب- ساختمان نمونه های زئولایت طبیعی بخوبی زئولایت مصنوعی نمی باشد.
  
منبع : دانشگاه Jilin Agricultural