نوى التمر يدخل عصر تخزين الطاقة

وتتميز المكثفات الفائقة بإمكان الشحن والتفريغ السريعين، والقدرة على تحمل أعداد كبيرة من دورات التشغيل، مقارنة بكثير من تقنيات البطاريات. لكنها تخزن عادة كمية أقل من الطاقة بالنسبة إلى وزنها، وهو ما يجعلها مناسبة للتطبيقات التي تتطلب تقديم قدرة كهربائية مرتفعة خلال فترات قصيرة، أو استعادة الطاقة وتخزينها سريعا، مثل بعض أنظمة الكبح المتجدد والمعدات الصناعية.

ومع نمو الطلب على هذه التقنيات، تتزايد أهمية المواد المستخدمة في تصنيع الأقطاب، لأنها تؤثر في مقدار الشحنة التي يمكن تخزينها، وسرعة انتقال الأيونات، والعمر التشغيلي للجهاز. وهنا برزت المواد الكربونية المسامية، وفي مقدمتها الكربون المنشط، بوصفها أحد الخيارات الرئيسة لتطوير أقطاب المكثفات الفائقة.

لماذا نوى التمر؟

يحتوي نوى التمر على مركبات عضوية طبيعية، من بينها السليلوز والهيميسليلوز واللجنين، يمكن تحويلها إلى مواد غنية بالكربون عبر المعالجة الحرارية. وبعد ذلك تخضع المادة الكربونية لعملية تنشيط تساعد في تكوين شبكة من المسام الدقيقة والمتوسطة، فتزداد المساحة السطحية المتاحة لتراكم الشحنات الكهربائية.

وتكمن أهمية هذه المساحة في أن عملية تخزين الشحنات داخل المكثفات القائمة على الطبقة الكهربائية المزدوجة تحدث عند السطح الفاصل بين القطب والإلكتروليت، وهو الوسط الذي تتحرك فيه الأيونات. وكلما توافرت مساحة سطحية يمكن الأيونات الوصول إليها، مع بنية مسامية مناسبة تسمح بحركتها، زادت فرص تحسين أداء القطب. غير أن ارتفاع المساحة السطحية وحده لا يضمن تحقيق سعة كهربائية مرتفعة، إذ تؤثر أيضا أحجام المسام وتوزيعها والتوصيلية الكهربائية وطبيعة الإلكتروليت.

توفر المخلفات الزراعية مصدرا محتملا لإنتاج هذه المواد بدلا من الاعتماد الكامل على بعض المصادر الكربونية التقليدية. ويتميز نوى التمر بإمكان جمعه من مصانع تجهيز التمور والمنتجات الغذائية، وإن كانت جدوى استخدامه صناعيا تتوقف على الكميات المتاحة، وتكاليف الجمع والنقل والمعالجة، والاستخدامات الاقتصادية القائمة للنوى.

في دراسة نشرت بدورية "ساينتفيك ريبورتس"  في أكتوبر/تشرين الأول 2026، اختبر باحثون في مصر إمكان إنتاج كربون منشط من نوى التمر واستخدامه في أقطاب المكثفات الفائقة. وجمع الفريق نوى التمر من المنازل، ثم نظفه وجففه، وأخضعه لعمليات معالجة حرارية وتنشيط لتحويل مكوناته العضوية إلى مادة كربونية ذات بنية مسامية.

وأظهرت النتائج نجاح الباحثين في إنتاج كربون منشط بلغت مساحته السطحية النوعية 1374 مترا مربعا لكل غرام. وتعكس هذه القيمة اتساع المساحات الداخلية للمسام الموجودة في كمية صغيرة من المادة، وهي خاصية مهمة لاستيعاب الأيونات وتراكم الشحنات على أسطح الأقطاب.

وسجلت المادة سعة كهربائية نوعية بلغت نحو 1800 فاراد لكل غرام عند اختبارها باستخدام نظام كهروكيميائي من ثلاثة أقطاب. وتعبر السعة الكهربائية النوعية عن مقدار الشحنة التي يمكن تخزينها لكل وحدة كتلة عند فرق جهد معين. لكن هذه القيمة لا تعني أن مكثفا كاملا مصنوعا من المادة سيحقق الأداء نفسه، لأن قياسات الأقطاب المنفردة تختلف عن قياسات الأجهزة التي تضم قطبين ومكونات تشغيل أخرى.

وقدر الباحثون السعة النوعية للجهاز الكامل بنحو 450 فاراد لكل غرام، مع كثافة طاقة تقديرية بلغت 40 واط-ساعة لكل كيلوغرام، وكثافة قدرة بلغت 1440 واط لكل كيلوغرام. وتحتاج هذه التقديرات إلى تحقق إضافي من خلال تصنيع أجهزة كاملة واختبار أدائها في ظروف تشغيل واقعية.

أما اختبارات الاستقرار، فأظهرت احتفاظ القطب بنحو 83.3% من سعته الأصلية بعد 2000 دورة شحن وتفريغ، أي انخفاض السعة بنحو 16.7%. وتشير النتيجة إلى قدرة المادة على العمل خلال دورات متكررة، لكنها تكشف أيضا أهمية تحسين الاستقرار الطويل الأمد إذا كان الهدف الوصول إلى تطبيقات تجارية تتطلب أعمارا تشغيلية طويلة.

وتثبت التجربة إمكان تحويل نوى التمر إلى مادة كربونية ذات خصائص كهروكيميائية واعدة، لكنها لا تكفي وحدها لإثبات جدوى الإنتاج الصناعي أو قدرته على منافسة المواد التجارية المستخدمة حاليا.

التأثير على البيئة

تناولت دراسة أخرى، نشرت في دورية "جورنال أوف إنرجي ستورادج" في فبراير/شباط 2025، تطوير طريقة لإنتاج الكربون المنشط من نوى التمر باستخدام أكسالات الصوديوم عاملا للتنشيط، بهدف تقليل بعض الآثار البيئية المرتبطة بطرق التصنيع التقليدية.

وتمكن الباحثون من إنتاج مادة كربونية بمساحة سطحية نوعية بلغت 1630 مترا مربعا لكل غرام، وسعة كهربائية نوعية بلغت 112 فارادا لكل غرام. وأظهرت اختبارات التشغيل احتفاظ الجهاز بنحو 97% من سعته الأصلية بعد 10 آلاف دورة شحن وتفريغ، مما يعكس استقرارا مرتفعا في ظروف الاختبار.

ولا تعني السعة النوعية الأقل المسجلة في هذه الدراسة أن المادة الناتجة أدنى أداء بالضرورة من المادة التي اختبرها الباحثون في مصر، إذ تختلف النتائج باختلاف تصميم الخلايا الكهروكيميائية، ونوع الإلكتروليت، وكثافة التيار، وطريقة حساب السعة، وظروف القياس. ولذلك، تتطلب المقارنة المباشرة بين المواد اختبارها وفق معايير موحدة.

وأجرى الباحثون أيضا تقييما أوليا لدورة حياة عملية التصنيع، أشار إلى إمكان خفض بعض الآثار البيئية مقارنة ببدائل التنشيط التي تناولتها الدراسة. غير أن تحويل هذا الإمكان إلى ميزة صناعية مؤكدة، يحتاج إلى تقييم أشمل لاستهلاك الطاقة والمياه والمواد الكيميائية، والانبعاثات والمخلفات الناتجة من الإنتاج واسع النطاق.

ولا تقتصر إمكانات إنتاج الكربون المنشط على نوى التمر. فقد استعرضت مراجعة علمية منشورة في دورية "أدفانسد ساستينابل سيستمز" في يوليو/تموز 2026 أبحاثا تناولت استخدام مخلفات زراعية وغذائية متعددة، من بينها قشور جوز الهند والأرز والموز، ومخلفات قصب السكر، وأكواز الذرة، وقشور الفول السوداني.

وأظهرت الأبحاث إمكان الحصول على مواد كربونية بمساحات سطحية مرتفعة وخصائص مسامية متنوعة، وفقا لطبيعة المادة الخام وطريقة المعالجة. ففي بعض التجارب، وصلت المساحات السطحية للكربون المنشط المستخلص من قشور جوز الهند إلى نحو 2500 متر مربع لكل غرام، وسجلت مواد معينة سعات نوعية تراوحت بين 350 و420 فارادا لكل غرام.

أما الكربون المستخلص من قشور الأرز، فأظهرت بعض طرق تحضيره بنية مسامية تجمع بين المسام الدقيقة والمتوسطة، مع سعات نوعية تجاوزت 300 فاراد لكل غرام في ظروف اختبار محددة. وتوضح هذه النتائج أن اختيار المخلفات الزراعية وطريقة معالجتها يمكن أن يؤثرا بصورة كبيرة في الأداء النهائي للمادة الكربونية.

ويمنح تنوع المصادر الدول الزراعية فرصا لاختيار المواد الخام المتوافرة محليا، بدلا من الاعتماد على مصدر واحد. لكنه يفرض أيضا ضرورة دراسة التركيب الكيميائي لكل مخلف، ومردود تحويله إلى كربون، وتكلفة إنتاجه، قبل تحديد مدى ملاءمته للتطبيقات الصناعية.

أسواق متنامية وفرص صناعية

تتزامن الأبحاث المتعلقة بالمواد الكربونية مع نمو متوقع في أسواق تخزين الطاقة. ووفق تقديرات شركات أبحاث السوق، بلغت قيمة سوق المكثفات الفائقة العالمية نحو 2.8 مليار دولار عام 2025، مع توقعات بوصولها إلى 12.39 مليار دولار عام 2034. أما سوق البطاريات، فقدرت بنحو 181.12 مليار دولار عام 2025، وسط توقعات بمواصلة النمو خلال السنوات المقبلة.

وتبلغ القيمة المقدرة لسوق الكربون المنشط العالمية 5.62 مليار دولار في عام 2025، مع توقعات بارتفاعها إلى 11.9 مليار دولار في 2034. غير أن هذه السوق لا تقتصر على تطبيقات تخزين الطاقة، بل تشمل قطاعات واسعة، أبرزها معالجة المياه وتنقية الهواء والعمليات الصناعية، وهو ما يستدعي التمييز بين نمو الطلب العام على الكربون المنشط وحجم السوق المحتملة للأقطاب الكهربائية.

وتكتسب تنمية مصادر محلية للمواد الكربونية أهمية إضافية في ظل تركز بعض سلاسل إمداد البطاريات في دول محددة، خصوصا الصين، التي تهيمن على مراحل رئيسة من إنتاج ومعالجة الغرافيت المستخدم في هذه الصناعة. ومع ذلك، لا يمثل الكربون المنشط المستخرج من نوى التمر بديلا مباشرا للغرافيت المستخدم في جميع أنواع البطاريات، وإنما قد يوفر مصدرا محليا لبعض المواد الداخلة في تصنيع المكثفات الفائقة.

فرص عربية وتحديات التصنيع

تحتل المنطقة العربية موقعا مهما في الإنتاج العالمي للتمور، الذي بلغ نحو 9.9 مليون طن عام 2024، وتأتي مصر ضمن أكبر الدول المنتجة. ويوفر هذا النشاط الزراعي والصناعات المرتبطة به كميات من النوى يمكن دراسة استغلالها في تصنيع مواد كربونية متقدمة، إلى جانب الاستخدامات القائمة بالفعل.

وتقدم تجارب دول آسيوية في إنتاج الكربون المنشط من قشور جوز الهند وغيرها من المخلفات الزراعية أمثلة على إمكان تحويل الموارد المحلية إلى منتجات صناعية. لكن تطبيق نموذج مماثل باستخدام نوى التمر يتطلب دراسة اقتصادية تحدد تكاليف جمع المادة الخام، ومردود إنتاج الكربون، واستهلاك الطاقة والمواد الكيميائية، فضلا عن متطلبات الجودة والتصنيع التجاري.

كما يحتاج الباحثون إلى اختبار الأقطاب داخل أجهزة كاملة، ومتابعة أدائها خلال عشرات الآلاف من دورات التشغيل، والتأكد من إمكان إنتاج مواد تتمتع بخصائص متجانسة على نطاق واسع.

وتشير النتائج المنشورة حتى الآن إلى أن نوى التمر يمتلك إمكانات واعدة تتجاوز استخداماته التقليدية، وقد يساهم في تطوير صناعة إقليمية للمواد الكربونية ودعم الاقتصاد الدائري وتقليل الاعتماد على استيراد بعض المكونات. لكن تحقيق هذه الفوائد سيعتمد على قدرة الباحثين والصناعة على تحويل النجاح المعملي إلى منتجات موثوق بها ومجدية اقتصاديا، وليس على وفرة المخلفات الزراعية وحدها.