کربن‌زدایی صنایع سنگین با باتری‌های حرارتی

به گزارش می‌متالز، رشد جمعیت و به تبع آن افزایش استفاده از سوخت‌های فسیلی، اثرات مخرب زیست‌محیطی گوناگونی را به‌ دنبال داشته است. برای هر کشور در حال توسعه، به منظور دستیابی به اهداف توسعه‌ای خود و حمایت از اقتصاد در حال گسترش آن، انرژی کلید اصلی می‌باشد. مهم‌ترین مزیت‌های انرژی‌های جدید، انعطاف‌پذیری، پاک بودن و ایجاد اشتغال هستند. این انرژی‌ها نه فقط مشکلات انرژی‌های فسیلی را ندارند، بلکه زمینه توسعه پایدار کشور را نیز فراهم می‌آورند.

بر اساس نتایج مقاله «ضرورت جایگزینی انرژی‌های تجدیدپذیر با سوخت‌های فسیلی در ایران» برخی شرکت‌های نوپا در تلاش برای پاکسازی بخش صنعتی، در حال تغییر فرآیند‌های تولید مواد خاص هستند. برخی حتی خود مواد را تغییر می‌دهند.

محققان در تلاش هستند تا با جایگزینی منبع گرما به انتشار گاز‌های گلخانه‌ای صنعتی به‌ طور کلی رسیدگی کنند. از سال ۲۰۱۴ روی توسعه باتری‌های حرارتی کار شده است که از الکتریسیته برای گرم کردن یک نسخه رسانا از آجر‌های نسوز سرامیکی استفاده می‌کنند و برای قرن‌ها به‌ عنوان ذخیره‌کننده گرما و عایق استفاده می‌شوند. آجر‌های نسوز می‌توانند گرما را برای ساعت‌ها ذخیره کرده و آن را با گرم کردن هوا یا گاز تا دمای ۳۲۷۲ درجه فارنهایت آزاد کنند که برای تامین مورد نیازترین کاربرد‌های صنعتی به‌ اندازه کافی گرم است.

دستیابی به دمای بیش از ۳۰۰۰ درجه فارنهایت نشان‌دهنده پیشرفتی برای صنعت گرمایش الکتریکی است، زیرا برخی از سخت‌ترین بخش‌های جهان برای کربن‌زدایی را قادر می‌سازد برای اولین بار از انرژی‌های تجدیدپذیر استفاده کنند. همچنین از یک مدل جدید و کم‌هزینه برای استفاده از برق در ارزان‌ترین و تمیزترین حالت آن، رونمایی می‌کند.

فناوری‌هایی مانند باتری حرارتی ژول هایو (Joule Hive Thermal Battery) ما را قادر می‌سازد تا به این برق ارزان و تمیز دسترسی داشته باشیم و برای نیاز‌های گرمایش صنعتی، حتی بدون در نظر گرفتن تاثیرات مثبت آب‌وهوا با سوخت‌های فسیلی بر سر هزینه رقابت کنیم.

رویکردی جدید به یک فناوری قدیمی

برنامه‌های تحقیقاتی از ۲۰۱۴، به‌ سرعت تغییر کرد تا روی نسل بعدی راکتور‌های هسته‌ای کار شود، اما چیزی که به‌ طور تقریبی از روز اول روی آن تمرکز شد، چگونگی گرم کردن آجر‌ها بود.

آجر‌های نسوز، آجر‌های سفالی ارزان‌قیمتی هستند که در همه جا وجود دارند و هزاران سال است که در شومینه‌ها و اجاق‌ها استفاده می‌شوند. در سال ۲۰۱۷، مقاله‌ای نوشته شد که پتانسیل آجر‌های نسوز را برای ذخیره گرما از منابع تجدیدپذیر نشان می‌داد، اما سیستم همچنان از گرمکن‌های مقاومت الکتریکی استفاده می‌کرد، مانند سیم‌پیچ‌های فلزی در توستر‌ها و بخاری‌های برقی که خروجی دمای آن را محدود می‌کرد.

به نقل از اکتشافات فناوری، محققان برای ساخت آجر‌های نسوز که رسانای الکتریکی بودند، تلاش کردند، این آجر‌های نسوز جایگزین گرمکن‌های مقاومتی شد تا آجر‌ها به‌ طور مستقیم گرما تولید کنند. به گفته محققان، گرمکن‌های برقی بزرگ‌ترین محدودکننده هستند؛ آنها خیلی سریع می‌سوزند، خراب می‌شوند، به اندازه کافی گرم نمی‌شوند. ایده این بود که این گرمکن‌ها کنار گذاشته شوند، زیرا آجر‌های نسوز در واقع مواد ارزان و فراوانی هستند که می‌توانند تا دمای شعله‌مانند برسند و برای روز‌ها باقی بمانند.

آنان توانستند با اصلاح ترکیب شیمیایی آجر‌های نسوز سنتی، آجر‌های نسوز رسانا ایجاد کنند. آجر‌های حرارتی برقی ۹۸ درصد شبیه آجر‌های نسوز موجود هستند و با استفاده از فرآیند‌های مشابه تولید می‌شوند و به تولیدکنندگان فعلی امکان می‌دهند آنها را ارزان بسازند.

محققان اظهار کردند: آنچه ما تولید کردیم یک آجر نسوز رسانای الکتریکی یا چیزی است که ما از آن به‌ عنوان آجر الکترونیکی یاد می‌کنیم. گرمایش برقی شامل ردیف‌های آجر نسوز در جعبه‌های فلزی عایق‌شده و پیش‌ساخته است. اگرچه این سیستم با توجه به استفاده نهایی بسیار قابل تنظیم است، اما سیستم استاندارد آنها می‌تواند حدود چنج مگاوات انرژی را جمع‌آوری و آزاد و حدود ۲۵ مگاوات ساعت را ذخیره کند.

یکی از محققان گفت: در مقایسه با سایر گرمایش‌های الکتریکی، ما می‌توانیم بیشتر و طولانی‌تر از هر راه‌حل دیگری در بازار کار کنیم. این به معنای جایگزینی سوخت‌های فسیلی در بسیاری از سایت‌های صنعتی است که نمی‌توانستند کربن‌زدایی کنند.

مقیاس‌بندی برای حل مشکل جهانی

گرمایش برقی با صد‌ها شرکت صنعتی از جمله تولیدکنندگان سیمان، فولاد، شیشه، مواد شیمیایی اولیه و تخصصی، مواد غذایی و آشامیدنی و خمیر و کاغذ درگیر است. چالش گرمایش صنعتی بر همه افراد زیر نور خورشید تاثیر می‌گذارد. همه آنها در اصل مشکل مشابهی دارند و آن این است که گرمای خود را به‌ روشی مقرون به‌صرفه و کربن صفر برای انتقال انرژی دریافت کنند.

محققان در حال حاضر در حال ساخت نسخه تجاری در مقیاس مگاوات از سیستم خود هستند که انتظار می‌رود در هفت ماه آینده عملیاتی شود. محققان اظهار می‌کنند: از همان ابتدا، ما این آجر‌های الکترونیکی را طوری طراحی کردیم که به‌ سرعت مقیاس‌پذیر و قابل تولید در زنجیره‌های تامین موجود و فرآیند‌های تولید باشند. اگر می‌خواهید صنایع سنگین را کربن‌زدایی کنید، راهی ارزان‌تر از تبدیل برق به گرما از دارایی‌های برق بدون کربن وجود نخواهد داشت.

منبع: خبرگزاری دانشجویان ایران (ایسنا)