باز کردن قفل آمونیاک به عنوان منبع سوخت برای صنایع سنگین | اخبار MIT

در سطح بالایی، آمونیاک مانند یک سوخت رویایی به نظر می رسد: بدون کربن، متراکم انرژی، و جابجایی و ذخیره آن راحت تر از هیدروژن است. آمونیاک همچنین قبلاً در مقیاس تولید و حمل شده است، به این معنی که می تواند سیستم های انرژی را با استفاده از زیرساخت های موجود تغییر دهد. اما سوزاندن آمونیاک اکسیدهای نیتروژن خطرناکی ایجاد می کند و تقسیم مولکول های آمونیاک برای ایجاد سوخت هیدروژن معمولاً به انرژی زیادی و موتورهای تخصصی نیاز دارد.

استارت‌آپ Amogy که توسط چهار فارغ‌التحصیل MIT تأسیس شده است، معتقد است که این فناوری را دارد که در نهایت آمونیاک را به عنوان منبع اصلی سوخت باز کند. این شرکت کاتالیزوری را توسعه داده است که می‌گوید می‌تواند آمونیاک را تا 70 درصد مؤثرتر از سیستم‌های پیشرفته امروزی به هیدروژن و نیتروژن تقسیم کند – یا «شکاف» کند. این شرکت در حال برنامه ریزی برای فروش کاتالیزورهای خود و همچنین سیستم های مدولار شامل سلول های سوختی و موتورها برای تبدیل مستقیم آمونیاک به نیرو است. این سیستم ها آمونیاک را نمی سوزانند یا نمی سوزانند و در نتیجه نگرانی های بهداشتی مربوط به اکسیدهای نیتروژن را دور می زنند.

از زمان تأسیس Amogy در سال 2020، این شرکت از فناوری شکاف آمونیاک خود برای ساخت اولین پهپاد، تراکتور، کامیون و یدک‌کش جهان با موتور آمونیاک استفاده کرده است. این شرکت همچنین با رهبران صنعت از جمله سامسونگ، عربستان سعودی آرامکو، KBR و هیوندای مشارکت داشته است و بیش از 300 میلیون دلار در این راه جمع آوری کرده است.

مدیر عامل Seonghoon Woo PhD ’15، که شرکت را با هیونهو کیم PhD ’18، Jongwon Choi PhD ’17، و Young Suk Jo SM ’13, PhD ’16 تأسیس کرد، می گوید: “هیچ کس نشان نداده است که آمونیاک می تواند مانند ما برای تامین انرژی وسایل در مقیاس کشتی ها و کامیون ها استفاده شود.” ما نشان داده‌ایم که این رویکرد کار می‌کند و مقیاس‌پذیر است.»

در اوایل سال جاری، Amogy یک مرکز تحقیقاتی و تولیدی را در هیوستون تکمیل کرد و از استقرار آزمایشی کاتالیزور خود با شرکت مهندسی جهانی JGC Holdings Corporation خبر داد. اکنون، با امضای قرارداد تولید با صنایع سنگین سامسونگ، Amogy قرار است سال آینده سیستم‌های بیشتری را به مشتریان تحویل دهد. این شرکت یک پروژه آزمایشی 1 مگاواتی آمونیاک به نیرو را با شهر پوهانگ کره جنوبی در سال 2026 مستقر خواهد کرد، با برنامه هایی که تا سال 2028 یا 2029 تا 40 مگاوات در آن سایت توسعه یابد. وو می گوید که ده ها پروژه دیگر با شرکت های چند ملیتی در حال انجام است.

به دلیل مزایای چگالی توان آمونیاک نسبت به انرژی‌های تجدیدپذیر و باتری‌ها، این شرکت صنایع پر انرژی مانند کشتی‌رانی دریایی، تولید برق، ساخت‌وساز و معدن را برای سیستم‌های اولیه خود هدف قرار داده است.

وو می‌گوید: «این تنها آغاز است. ما سخت کار کرده‌ایم تا فناوری و شالوده شرکت خود را بسازیم، اما ارزش واقعی با مقیاس‌سازی تولید خواهد شد. ما پتانسیل آمونیاک را برای کربن زدایی صنایع سنگین ثابت کرده‌ایم، و اکنون واقعاً می‌خواهیم پذیرش فناوری خود را تسریع کنیم. ما درازمدت به انتقال انرژی فکر می‌کنیم.»

باز کردن یک منبع سوخت جدید

وو دکترای خود را در دپارتمان علوم و مهندسی مواد MIT به پایان رساند قبل از اینکه بنیانگذاران نهایی او، کیم، چوی و جو، دکترای خود را در دپارتمان مهندسی مکانیک MIT تکمیل کنند. جو روی علم انرژی کار کرد و به عنوان بخشی از دکترای خود، آزمایشاتی را برای کارآمدتر کردن موتورها انجام داد.

وو می گوید: «برنامه های دکترا در MIT به شما می آموزد که چگونه عمیقاً در مورد حل مشکلات فنی با استفاده از رویکردهای مبتنی بر سیستم فکر کنید. شما همچنین ارزش یادگیری از شکست‌ها را درک می‌کنید، و این طرز فکر تکراری مشابه آنچه باید در استارت‌آپ‌ها انجام دهید است.»

در سال 2020، وو در صنعت نیمه هادی ها کار می کرد که با هم بنیانگذاران نهایی خود تماس گرفت و از آنها پرسید که آیا روی چیز جالبی کار می کنند یا خیر. در آن زمان، جو هنوز روی سیستم های انرژی مبتنی بر هیدروژن و آمونیاک کار می کرد در حالی که کیم در حال توسعه کاتالیزورهای جدید برای تولید سوخت آمونیاک بود.

وو به یاد می آورد: “من می خواستم یک شرکت راه اندازی کنم و یک تجارت بسازم تا کارهای خوبی برای جامعه انجام دهم.” “مردم درباره هیدروژن به عنوان یک منبع سوخت پایدارتر صحبت می کردند، اما هرگز به نتیجه نرسید. ما فکر کردیم ممکن است راهی برای بهبود فناوری کاتالیزور آمونیاک و تسریع اقتصاد هیدروژن وجود داشته باشد.”

بنیانگذاران شروع به آزمایش با فناوری Jo برای ترک آمونیاک کردند، فرآیندی که در آن آمونیاک (NH₃) مولکول ها به نیتروژن خود تقسیم می شوند (N₂) و هیدروژن (H₂) اجزای تشکیل دهنده ترک آمونیاک تا به امروز در نیروگاه های عظیم در راکتورهای با دمای بالا انجام شده است که به مقادیر زیادی انرژی نیاز دارند. آن دماهای بالا مواد کاتالیزوری را که می‌توان برای هدایت واکنش استفاده کرد محدود کرد.

با شروع از ابتدا، بنیانگذاران توانستند دستور العمل های مواد جدیدی را شناسایی کنند که می توانند برای کوچک کردن کاتالیزور و کار در دماهای پایین تر مورد استفاده قرار گیرند. مواد کاتالیست اختصاصی به شرکت اجازه می دهد تا سیستمی ایجاد کند که می تواند با هزینه کمتر در مکان های جدید مستقر شود.

وو می‌گوید: «ما واقعاً باید کل فناوری، از جمله کاتالیزور و اصلاح‌کننده، و حتی یکپارچه‌سازی با سیستم بزرگ‌تر را دوباره توسعه می‌دادیم. یکی از مهمترین چیزها این است که ما آمونیاک را نمی سوزانیم – ما به سوخت آزمایشی نیاز نداریم و هیچ گاز نیتروژن یا CO تولید نمی کنیم.₂“

امروزه Amogy دارای مجموعه ای از فناوری های کاتالیزور اختصاصی است که از فلزات پایه همراه با فلزات گرانبها استفاده می کند. این شرکت کارایی کاتالیزورهای خود را در نمایش هایی که با اولین پهپاد مجهز به آمونیاک در سال 2021 آغاز شد، ثابت کرده است. کاتالیزور را می توان برای تولید هیدروژن با کارایی بیشتر مورد استفاده قرار داد و با ادغام کاتالیزور با سلول های سوختی هیدروژنی یا موتورها، Amogy همچنین سیستم های مدولار آمونیاک به نیرو را ارائه می دهد که می توانند برای پاسخگویی به نیازهای انرژی مشتری مقیاس شوند.

وو می‌گوید: «ما در حال فعال‌سازی کربن‌زدایی از صنایع سنگین هستیم. ما حمل‌ونقل، تولید مواد شیمیایی، تولید و صنایعی را هدف قرار داده‌ایم که کربن سنگین هستند و باید به زودی کربن‌زدایی کنند، مثلاً برای دستیابی به اهداف داخلی. چشم‌انداز ما در بلندمدت این است که آمونیاک را به عنوان سوخت در کاربردهای مختلف، از جمله تولید برق، ابتدا در ریزشبکه‌ها و سپس در نهایت در مقیاس کامل شبکه، فعال کنیم.»

مقیاس بندی با صنعت

هنگامی که Amogy تأسیسات خود را در هیوستون تکمیل کرد، یکی از بازدیدکنندگان اولیه آنها پروفسور MIT، Evelyn Wang بود، که همچنین معاون انرژی و آب و هوا MIT است. وو می‌گوید افراد دیگری که در پروژه آب و هوا در MIT شرکت داشتند، حمایت کرده‌اند.

یکی دیگر از شرکای کلیدی آموجی، صنایع سنگین سامسونگ است که در 12 نوامبر قراردادی چند ساله برای تولید سیستم های آمونیاک به برق آموگی اعلام کرد.

وو می‌گوید: «استراتژی ما مشارکت با بازیگران بزرگ موجود در صنعت سنگین برای تسریع تجاری‌سازی فناوری ما است. ما با شرکت های بزرگ نفت و گاز مانند BHP و عربستان سعودی آرامکو، شرکت های علاقه مند به سوخت هیدروژنی مانند KBR و میتسوبیشی و بسیاری از شرکت های صنعتی دیگر کار کرده ایم.

وو می‌گوید هنگامی که با سایر فناوری‌های انرژی پاک برای تامین انرژی سیستم‌هایش همراه می‌شود، Amogy راهی برای کربن‌زدایی کامل بخش‌هایی از اقتصاد ارائه می‌دهد که نمی‌توانند به تنهایی برق‌دار شوند.

“وو می‌گوید: در حمل‌ونقل سنگین، شما باید از سوخت مایع با چگالی پرانرژی استفاده کنید، زیرا مسافت‌های طولانی و نیاز به انرژی لازم است. به همین دلیل است که هیدروژن یک مولکول هیجان انگیز برای صنایع سنگین و کشتیرانی است. اما هیدروژن باید فوق العاده سرد نگه داشته شود، در حالی که آمونیاک می تواند در دمای اتاق مایع باشد. کار ما اکنون این است که این قدرت را در مقیاس فراهم کنیم.»