دیگ های برقی برای کربن زدایی صنعت | اخبار MIT

بیش از 200 سال پیش، دیگ بخار به جرقه انقلاب صنعتی کمک کرد. از آن زمان، بخار منبع حیاتی فعالیت های صنعتی در سراسر جهان بوده است. امروزه تولید بخار – که از سوزاندن گاز، نفت یا زغال سنگ برای جوشاندن آب ایجاد می شود – درصد قابل توجهی از مصرف انرژی جهانی در تولید، تولید کاغذ، مواد شیمیایی، داروها، مواد غذایی و غیره را به خود اختصاص می دهد.

در حال حاضر، استارتاپ AtmosZero، که توسط ادیسون استارک SM ’10، PhD ’14 تاسیس شد. تاد بانداور؛ و Ashwin Salvi، در حال اتخاذ رویکرد جدیدی برای برق رسانی به دیگ بخار چند صد ساله است. این شرکت یک پمپ حرارتی مدولار ایجاد کرده است که می تواند بخار صنعتی را در دمای تا 150 درجه سانتیگراد برساند تا به عنوان جایگزینی برای دیگ های احتراق عمل کند.

این شرکت می گوید که اولین سیستم بخار 1 مگاواتی آن به لطف فناوری کمپرسور فوق کارآمد که 50 درصد برق کمتری نسبت به دیگهای بخار مقاومتی الکتریکی مصرف می کند، بسیار ارزان تر از راه حل های الکتریکی موجود تجاری است. بنیانگذاران امیدوارند که این کافی باشد تا دیگ های بخار کربن زدایی شده انقلاب صنعتی بعدی را به پیش ببرند.

استارک که به عنوان مدیر عامل AtmosZero فعالیت می کند، می گوید: «بخار مهمترین سیال کاری است که تاکنون وجود داشته است. “امروزه همه چیز حول محور در دسترس بودن بخار در همه جا ساخته شده است. برق رسانی مقرون به صرفه که مستلزم نوآوری است که می تواند مقیاس پذیر باشد. به عبارت دیگر، به یک محصول تولید انبوه نیاز دارد – نه پروژه های یکباره.”

ضربه زدن به بخار

استارک زمانی که در سال 2007 به MIT آمد، به برنامه فناوری و سیاست پیوست. او در نهایت مدرک کارشناسی ارشد دوگانه را با اضافه کردن مهندسی مکانیک به مطالعات خود به پایان رساند.

استارک می‌گوید: «من به انتقال انرژی و تسریع راه‌حل‌هایی برای فعال کردن آن علاقه داشتم. انتقال در خلأ اتفاق نمی‌افتد.

استارک در MIT ماند تا دکترای خود را در رشته مهندسی مکانیک دریافت کند و در مورد سوخت های زیستی ترموشیمیایی مطالعه کرد.

پس از MIT، استارک کار روی فناوری‌های انرژی در مراحل اولیه را با آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته وزارت انرژی – انرژی (ARPA-E) با تمرکز بر راندمان تولید، پیوند انرژی-آب و برق‌رسانی آغاز کرد.

استارک می‌گوید: «بخشی از این کار شامل استفاده از آموزش‌های من در MIT برای چیزهایی بود که واقعاً برای 50 سال در آنها نوآوری نشده بود. “من داشتم به مبدل حرارتی نگاه می‌کردم. این بسیار اساسی است. فکر کردم، “چگونه می‌توانیم آن را در چارچوب پیشرفت‌های مدرن در فناوری تولید دوباره تصور کنیم؟”

مشکل به همان اندازه که پیامد آن دشوار است، تقریباً هر گوشه ای از اقتصاد صنعتی جهانی را تحت تأثیر قرار می دهد. بیش از 2.2 گیگاتن CO₂ انتشارات هر ساله برای تبدیل آب به بخار تولید می شوند – که بیش از 5 درصد از انتشارات جهانی مرتبط با انرژی را تشکیل می دهد.

در سال 2020، استارک مقاله‌ای در این مجله نوشت ژول با گرگوری تیل SM ’12، دکترای ’15 با عنوان، “برای کربن زدایی صنعت، باید گرما را کربن زدایی کنیم” این مقاله فرصت‌هایی را برای کربن زدایی حرارت صنعتی بررسی کرد و استارک را در مورد تأثیر بالقوه یک پمپ حرارتی الکتریکی استاندارد و مقیاس‌پذیر هیجان‌زده کرد.

اکثر گزینه های دیگ های برقی امروزه افزایش زیادی در هزینه های عملیاتی به همراه دارند. بسیاری از آنها از گرمای اتلاف کارخانه نیز استفاده می کنند که نیاز به تعمیرات گران قیمت دارد. استارک هرگز تصور نمی کرد که یک کارآفرین شود، اما به زودی متوجه شد که هیچ کس قرار نیست بر اساس یافته های او برای او عمل کند.

استارک می گوید: «تنها راه برای دیدن این اختراع در جهان، تأسیس و اداره شرکت بود. “این چیزی است که من پیش بینی نمی کردم یا لزوما نمی خواستم، اما اینجا هستم.”

استارک با Todd Bandhauer، برنده سابق جایزه ARPA-E، که در آزمایشگاه خود در دانشگاه ایالتی کلرادو در حال اختراع فناوری جدید کمپرسور مبرد بود و اشوین سالوی، همکار سابق ARPA-E شریک شد. این تیم به طور رسمی AtmosZero را در سال 2022 تاسیس کرد.

استارک می گوید: «کمپرسور موتور پمپ حرارتی است و کارایی، هزینه و عملکرد را مشخص می کند. “چالش اساسی تحویل گرما این است که هر چه پمپ حرارتی شما دمای هوا را بالاتر می برد، حداکثر راندمان شما کاهش می یابد. با محدودیت های ترمودینامیکی مواجه می شود. با طراحی برای راندمان بهینه در پنجره های عملیاتی که برای مبردهایی که استفاده می کنیم مهم است و برای ساخت دقیق کمپرسورهایمان، ما می توانیم عملیات فشرده سازی را به حداکثر برسانیم. کارایی.»

این سیستم می تواند با گرمای هدر رفته از هوا یا آب کار کند، اما برای کار کردن نیازی به گرمای اتلاف ندارد. بسیاری دیگر از دیگ های الکتریکی به گرمای اتلاف متکی هستند، اما استارک فکر می کند که این امر پیچیدگی زیادی به نصب و عملیات اضافه می کند.

در عوض، در چرخه جدید پمپ حرارتی AtmosZero، از گرمای هوای با دمای محیط برای گرم کردن یک ماده انتقال حرارت مایع استفاده می‌شود، که مبرد را تبخیر می‌کند تا به مجموعه کمپرسورها و مبدل‌های حرارتی سیستم جریان یابد و به دمای کافی برای جوشاندن آب می‌رسد و در عین حال پس از رسیدن به دمای پایین‌تر، گرما را از مبرد بازیابی می‌کند. این سیستم را می توان بالا و پایین کرد تا به طور یکپارچه در فرآیندهای صنعتی موجود قرار گیرد.

استارک می‌گوید: «ما می‌توانیم درست مانند دیگ‌های احتراق کار کنیم. “در پایان روز، مشتریان نمی خواهند نحوه عملکرد تاسیسات تولیدی خود را برای برق رسانی تغییر دهند. شما نمی توانید پیچیدگی را در محل تغییر دهید یا افزایش دهید.”

این رویکرد به این معنی است که دیگ بخار را می توان در طیف وسیعی از زمینه های صنعتی بدون هزینه های منحصر به فرد پروژه یا تغییرات دیگر مستقر کرد.

استارک می‌گوید: «آنچه ما واقعاً ارائه می‌دهیم انعطاف‌پذیری و چیزی است که می‌تواند به راحتی کاهش یابد و کل هزینه‌های سرمایه را به حداقل برساند.

از 1 تا 1000

AtmosZero در حال حاضر یک سیستم آزمایشی 650 کیلوواتی دارد که در یک مرکز مشتری در نزدیکی دفتر مرکزی خود در لاولند، کلرادو کار می کند. این شرکت در حال حاضر روی نشان دادن دوام و قابلیت اطمینان سیستم در تمام طول سال تمرکز دارد، زیرا آنها در تلاش برای ایجاد سفارشات عقب مانده خود و آماده شدن برای مقیاس هستند.

استارک می‌گوید هنگامی که سیستم به مرکز مشتری آورده می‌شود، می‌توان آن را در یک بعدازظهر نصب کرد و در عرض چند روز و بدون توقف کار کرد.

AtmosZero قصد دارد طی یکی دو سال آینده تعداد انگشت شماری از واحدها را به مشتریان تحویل دهد و قصد دارد صدها واحد را در سال بعد از آن مستقر کند. این شرکت در حال حاضر کارخانه‌های تولیدی را با استفاده از کمتر از 10 مگاوات انرژی حرارتی در اوج تقاضا، که نشان‌دهنده اکثر تاسیسات تولیدی ایالات متحده است، هدف قرار داده است.

استارک مفتخر است که بخشی از گروه رو به رشدی از استارت‌آپ‌های کربن‌زدایی وابسته به MIT است، که برخی از آن‌ها عمودی خاصی را هدف قرار می‌دهند، مانند Boston Metal برای فولاد و Sublime Systems برای سیمان. اما او می‌گوید فراتر از رایج‌ترین مواد، صنعت بسیار پراکنده می‌شود و یکی از تنها موضوعات رایج استفاده از بخار است.

استارک می‌گوید: «اگر به بخش‌های صنعتی نگاه کنیم، می‌بینیم که بخار در همه جا وجود دارد. “این یک فرصت فوق‌العاده آماده برای تأثیرگذاری در مقیاس است. بخار را نمی‌توان از صنعت حذف کرد. بسیاری از فرآیندهای صنعتی که ما در 160 سال گذشته طراحی کرده‌ایم حول محور در دسترس بودن بخار بوده است. بنابراین، ما باید به جای حذف آن از معادله، روی راه‌هایی برای ارائه بخار کم آلاینده تمرکز کنیم.”