تبدیل موتورهای خودرو به کارخانه های شیمیایی مدولار برای تولید سوخت سبز | اخبار MIT

کاهش انتشار متان به دلیل تمایل آن به به دام انداختن گرما در اتمسفر، اولویت اصلی در مبارزه با تغییرات آب و هوایی است: اثرات گرم شدن متان در یک مقیاس زمانی 20 ساله 84 برابر قوی تر از CO2 است.

و با این حال، متان به عنوان جزء اصلی گاز طبیعی، سوختی ارزشمند و پیش ساز چندین ماده شیمیایی مهم است. مانع اصلی استفاده از انتشار گاز متان برای ایجاد مواد کربن منفی این است که منابع انسانی گاز متان – دفن زباله ها، مزارع، و چاه های نفت و گاز – نسبتا کوچک هستند و در مناطق وسیعی پراکنده شده اند، در حالی که تاسیسات پردازش شیمیایی سنتی عظیم و متمرکز هستند. . این باعث می شود که جذب، حمل و نقل و تبدیل گاز متان به هر چیز مفیدی بسیار گران تمام شود. در نتیجه، اکثر شرکت‌ها متان خود را در محل انتشار می‌سوزانند یا «شعله‌ور می‌کنند» و آن را به‌عنوان یک هزینه غرق‌شده و یک تعهد زیست‌محیطی تلقی می‌کنند.

MIT spinout Emvolon در حال اتخاذ رویکرد جدیدی برای پردازش متان با استفاده مجدد از موتورهای خودرو برای خدمت به عنوان کارخانه های شیمیایی مدولار و مقرون به صرفه است. سیستم‌های این شرکت می‌توانند گاز متان را دریافت کنند و سوخت‌های مایع مانند متانول و آمونیاک را در محل تولید کنند. این سوخت ها سپس می توانند مورد استفاده قرار گیرند یا در کانتینرهای استاندارد کامیون حمل شوند.

امانوئل کاسریس SM ’07، دکترای ’11، بنیانگذار و مدیر عامل Emvolon می گوید: “ما این را به عنوان یک روش جدید تولید شیمیایی می بینیم. ما با متان شروع می کنیم زیرا متان انتشار فراوانی است که می توانیم از آن به عنوان منبع استفاده کنیم. با متان، می‌توانیم دو مشکل را همزمان حل کنیم: حدود 15 درصد از انتشار گازهای گلخانه‌ای جهانی ناشی از کاهش آن است. بخش‌هایی که به سوخت سبز نیاز دارند، مانند کشتی‌رانی، هوانوردی، کامیون‌های سنگین و راه‌آهن، سپس 15 درصد دیگر از انتشار گازهای گلخانه‌ای از گازهای متان توزیع شده مانند محل‌های دفن زباله و چاه‌های نفت ناشی می‌شود.

این شرکت می‌گوید با استفاده از موتورهای تولید انبوه و حذف نیاز به سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌هایی مانند خطوط لوله، تبدیل متان را از نظر اقتصادی به اندازه کافی جذاب می‌کند تا در مقیاس مورد استفاده قرار گیرد. این سیستم همچنین می تواند هیدروژن سبز تولید شده توسط انرژی های تجدید پذیر متناوب را بگیرد و آن را به آمونیاک تبدیل کند، سوخت دیگری که می تواند برای کربن زدایی کودها نیز استفاده شود.

کاسریس می گوید: «در آینده، ما به سوخت سبز نیاز خواهیم داشت، زیرا شما نمی توانید یک کشتی یا هواپیمای بزرگ را برقی کنید – باید از سوخت مایع با چگالی انرژی بالا، کم کربن و کم هزینه استفاده کنید. می گوید. منابع انرژی برای تولید آن سوخت‌های سبز یا مانند متان توزیع می‌شوند یا مانند باد متغیر هستند. بنابراین، شما نمی توانید یک گیاه عظیم داشته باشید [producing green fuels] که کد پستی خودش را دارد شما یا باید توزیع شده باشید یا متغیر، و هر دوی این رویکردها به این طراحی مدولار کمک می کنند.

از یک “ایده دیوانه” تا یک شرکت

کاسریس برای اولین بار در سال 2004 برای تحصیل در رشته مهندسی مکانیک به عنوان دانشجوی کارشناسی ارشد به MIT آمد، زمانی که در آزمایشگاه خودرو اسلون در مورد گزارشی در مورد آینده حمل و نقل کار کرد. او برای دوره دکترای خود، فناوری جدیدی را برای بهبود بازده سوخت موتورهای احتراق داخلی برای کنسرسیومی از شرکت‌های خودروسازی و انرژی توسعه داد که پس از فارغ‌التحصیلی برای کار در آنجا رفت.

در حدود سال 2014، لزلی برومبرگ 73، دکترای 77، مخترع سریالی با بیش از 100 حق ثبت اختراع، که نزدیک به 50 سال مهندس تحقیقاتی اصلی در مرکز علوم پلاسما و فیوژن MIT بوده است، به او مراجعه کرد.

کاسریس به یاد می آورد: «لزلی این ایده دیوانه وار را داشت که یک موتور احتراق داخلی را به عنوان یک راکتور تغییر کاربری دهد. من در حین کار در صنعت به آن نگاه کرده بودم و آن را دوست داشتم، اما شرکت من در آن زمان فکر می‌کرد که کار به اعتبار بیشتری نیاز دارد.

برومبرگ این اعتبار را از طریق وزارت انرژی ایالات متحده انجام داده بود پروژه که در آن او از یک موتور دیزل برای “اصلاح” متان استفاده کرد – یک واکنش شیمیایی فشار بالا که در آن متان با بخار و اکسیژن برای تولید هیدروژن ترکیب می شود. این کار به قدری کاسریس را تحت تأثیر قرار داد که او را به عنوان یک دانشمند محقق در سال 2016 به MIT بازگرداند.

کاسریس به یاد می‌آورد: «ما روی این ایده علاوه بر برخی پروژه‌های دیگر کار کردیم و در نهایت به جایی رسیدیم که تصمیم گرفتیم مجوز کار را از MIT بگیریم و تمام گاز را ادامه دهیم. وقتی مخترع MIT هستید، کار با دفتر مجوز فناوری MIT بسیار آسان است. شما می توانید یک گزینه مجوز کم هزینه دریافت کنید، و می توانید کارهای زیادی با آن انجام دهید، که برای یک شرکت جدید مهم است. سپس، هنگامی که آماده شدید، می توانید مجوز را نهایی کنید، بنابراین MIT ابزاری بود.

امولون به همکاری با جامعه تحقیقاتی MIT ادامه داد و از پروژه هایی با پروفسور بازنشسته جان هیوود حمایت مالی کرد و در خدمات مشاوره سرمایه گذاری MIT و برنامه ارتباط صنعتی MIT شرکت کرد.

یک کارخانه شیمیایی با موتور

در هسته سیستم امولون یک موتور خودروی تولیدی قرار دارد که “غنی از سوخت” دارد – با نسبت سوخت به هوا بالاتر از آنچه برای احتراق کامل لازم است.

گفتن این موضوع آسان است، اما نیاز به مقدار زیادی دارد [intellectual property]کاسریس می گوید، و این همان چیزی است که در MIT توسعه داده شد. به جای سوزاندن متان موجود در گاز به دی اکسید کربن و آب، آن را تا حدی می سوزانید، یا تا حدی آن را اکسید می کنید تا به مونوکسید کربن و هیدروژن تبدیل شود، که بلوک های سازنده برای سنتز انواع مواد شیمیایی هستند.

هیدروژن و مونوکسید کربن محصولات واسطه ای هستند که برای سنتز مواد شیمیایی مختلف از طریق واکنش های بیشتر استفاده می شوند. این مراحل پردازش درست در کنار موتور انجام می شود که قدرت خود را تولید می کند. هر یک از سیستم های مستقل Emvolon در یک کانتینر حمل و نقل 40 فوتی قرار می گیرد و می تواند حدود 8 تن متانول در روز از 300000 فوت مکعب استاندارد گاز متان تولید کند.

این شرکت با متانول سبز شروع به کار کرده است زیرا سوختی ایده آل برای بخش هایی مانند حمل و نقل و حمل و نقل سنگین و همچنین یک ماده اولیه عالی برای سایر مواد شیمیایی با ارزش مانند سوخت پایدار هوانوردی است. بسیاری از کشتی‌های کشتیرانی در تلاش برای رسیدن به اهداف کربن‌زدایی به متانول سبز تبدیل شده‌اند.

تابستان امسال، این شرکت همچنین از وزارت انرژی کمک مالی دریافت کرد تا فرآیند خود را برای تولید سوخت های مایع پاک از منابع انرژی مانند خورشیدی و باد تطبیق دهد.

کاسریس می‌گوید: «ما می‌خواهیم به مواد شیمیایی دیگر مانند آمونیاک، و همچنین سایر مواد اولیه، مانند زیست توده و هیدروژن از برق تجدیدپذیر گسترش پیدا کنیم، و در حال حاضر نتایج امیدوارکننده‌ای در این راستا داریم. ما فکر می کنیم که راه حل خوبی برای انتقال انرژی و در مراحل بعدی انتقال، برای تولید الکترونیکی داریم.

یک رویکرد مقیاس پذیر

Emvolon قبلاً سیستمی ساخته است که قادر به تولید حداکثر شش بشکه متانول سبز در روز در دفتر مرکزی خود در 5000 فوت مربع در Woburn، ماساچوست است.

کاسریس می‌گوید: «در مورد فناوری‌های شیمیایی، مردم در مورد افزایش ریسک صحبت می‌کنند، اما با یک موتور، اگر در یک سیلندر کار کند، می‌دانیم که در یک موتور چند سیلندر نیز کار خواهد کرد. “این فقط مهندسی است.”

ماه گذشته، Emvolon توافقنامه ای با Montauk Renewables برای ساخت یک واحد نمایشی در مقیاس تجاری در کنار یک محل دفن زباله تگزاس اعلام کرد که در ابتدا تا 15000 گالن متانول سبز در سال تولید می کند و بعداً به 2.5 میلیون گالن می رسد. این پروژه می تواند ده برابر با گسترش در سایر سایت های Montauk گسترش یابد.

کاسریس می‌گوید: «کل فرآیند ما به گونه‌ای طراحی شده بود که رویکردی بسیار واقع بینانه برای انتقال انرژی باشد. راه حل ما برای تولید سوخت سبز و مواد شیمیایی با قیمت هایی است که امروز بازارها حاضر به پرداخت آن هستند، بدون نیاز به یارانه. با استفاده از موتورها به‌عنوان کارخانه‌های شیمیایی، می‌توانیم هزینه‌های سرمایه‌ای در واحد تولید را نزدیک به یک کارخانه بزرگ دریافت کنیم، اما در مقیاس مدولار که ما را قادر می‌سازد در کنار مواد اولیه کم‌هزینه باشیم. علاوه بر این، سیستم‌های مدولار ما نیاز به سرمایه‌گذاری‌های کوچکی دارند – از 1 تا 10 میلیون دلار – که به سرعت، در یک زمان، ظرف چند هفته مستقر می‌شوند، برخلاف کارخانه‌های عظیم شیمیایی که به پروژه‌های ساخت و ساز سرمایه چند ساله نیاز دارند و صدها میلیون هزینه دارند.