هدف صنایع یافت شده تقویت زنجیره های تامین صنعتی آمریکا | اخبار MIT

Found Industries در چهار سالی که در ابتدا به عنوان انرژی یافت شده شکل گرفت، چندین مرحله متمایز را پشت سر گذاشته است. مرحله استارت‌آپ ناقصی وجود داشت که در آن شرکت عمدتاً در زیرزمین بنیانگذار پیتر گدارت ’15, SM ’19, PhD ’21 قرار داشت. سپس مرحله نمایش بود که در آن شرکت برای تولید فناوری خود برای تبدیل آلومینیوم به سوخت با چگالی بالا برای عملیات صنعتی کار کرد.

اکنون، پس از رویارویی با آسیب‌پذیری‌های زنجیره تامین مرتبط با فلزات حیاتی در تجارت سوخت آلومینیوم، این شرکت در حال راه‌اندازی بخش جدیدی به نام Found Metals است تا فلز گالیوم حیاتی را از پالایشگاه‌های معدنی استخراج کند – اقدامی که بر اساس فناوری اصلی خود و در عین حال رفع نیازهای مهم امنیت ملی است.

گالیوم یک ماده حیاتی در بخش های دفاعی، نیمه هادی و انرژی است. در سال 2024، چین تولید کرد 99 درصد از عرضه اولیه جهان – تسلط بر بازار که کشور از طریق کنترل صادرات از آن بهره می برد.

شرکت گدارت پس از اینکه متوجه شد تا چه حد برای مواد کاتالیزوری در مرکز راکتورهای سوخت آلومینیوم خود به چین وابسته است، یک فناوری استخراج الکتروشیمیایی گالیوم را برای استفاده داخلی توسعه داد. اکنون، با حمایت وزارت انرژی ایالات متحده، Found امیدوار است از این فناوری برای ایجاد یک زنجیره تامین داخلی جدید برای گالیم و مجموعه ای از فلزات مهم دیگر استفاده کند.

Found Industries همچنان به عملیات سوخت آلومینیوم خود متعهد است که اکنون تحت بخش Found Energy است. این شرکت در حال حاضر یک کارخانه نمایشی 100 کیلوواتی را راه اندازی کرده است و برای استقرار آزمایشی صنعتی در سال آینده آماده می شود. اما با گسترش آن که در 21 آوریل اعلام شد، این شرکت همچنین در تلاش است تا به لحظه تولید فلزات حیاتی برسد.

گادارت می گوید: «گالیم حیاتی ترین فلز جهان است، زیرا 99 درصد آن توسط چین کنترل می شود. زمانی که شما 99 درصد از چیزی را تولید می کنید، 99 درصد از ابزارهای مورد نیاز برای استخراج آن را نیز تولید می کنید. ما نتوانستیم برخی از آن ابزارها را به دست آوریم، بنابراین مجبور شدیم یک فناوری جدید ارائه کنیم. اکنون معتقدیم که می توانیم آن را در مقیاس بزرگ به کار ببریم تا تبدیل به یکی از اولین تامین کنندگان اصلی غربی این فلزات شویم.

از سوخت گرفته تا فلزات

گدارت در مقطع کارشناسی در دپارتمان مهندسی مکانیک MIT و گروه مهندسی برق و علوم کامپیوتر بر روی رباتیک تمرکز کرد. پس از فارغ‌التحصیلی، او در آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا کار کرد، جایی که سیستم‌هایی را برای بهره‌برداری از سوخت‌های با چگالی بالا مانند آلومینیوم در سیارات دیگر بررسی کرد.

گدارت می‌گوید: «این ایده دیوانه‌کننده را داشتم که می‌توان از آلومینیوم، که در حال حاضر یک ماده ساختمانی رایج برای هوافضا است، به عنوان سوخت در سیارات دیگر استفاده کرد. هنگامی که بر روی سیاره دیگری فرود آمدید، به بیشتر آلومینیوم موجود در یک فضاپیما نیاز ندارید. آلومینیوم تقریباً 40 برابر بیشتر از باتری های لیتیوم یونی چگالی انرژی دارد و اگر یک اکسید کننده مانند آب در ماه یخی دارید، می توانید آن آلومینیوم را با آب واکنش دهید و انرژی را به عنوان گرما و هیدروژن استخراج کنید.

خوشبختانه برای افرادی که ممکن است در حین پخت و پز آب روی آلومینیوم بریزند، این فلز معمولاً هنگام قرار گرفتن در معرض هوا بسیار پایدار است. به منظور بهره برداری از انرژی ذخیره شده آلومینیوم، باید تحت یک واکنش شیمیایی قرار گیرد. گدار شروع به کاوش در مواد کاتالیزوری برای ایجاد این واکنش در ناسا کرد. او زمانی که در سال 2017 به MIT بازگشت، با پروفسور مهندسی مکانیک داگلاس هارت کار خود را ادامه داد، این بار برای برنامه های کاربردی کمی نزدیک تر به خانه.

گدارت می‌گوید: «اگر می‌خواهیم به انتقال بشر به سیارات دیگر فکر کنیم، ابتدا باید مشکلاتی را در اینجا حل کنیم. این انگیزه ای بود که من به دانشگاه MIT برگردم تا با استفاده از آلومینیوم به عنوان سوختی برای توزیع انرژی روی زمین مطالعه کنم.

سالانه حدود 70 میلیون تن آلومینیوم در سراسر جهان حمل می شود. گدارت می گوید که به آلومینیوم مسیر آسان تری برای مقیاس بندی می دهد. در طول دوره دکترا، او فرآیندی را برای پوشش آلومینیوم با آلیاژ حاوی گالیم ایجاد کرد تا به انرژی تجسم شده آلومینیوم کمک کند.

گدارت می‌گوید: «ما کاتالیزوری پیدا کردیم که وقتی با ضایعات آلومینیوم مخلوط می‌شود، آلومینیوم را قادر می‌سازد تا با آب بسیار سریع و با چگالی توان بالاتر از آنچه قبلاً ممکن بود، واکنش دهد. این بدان معناست که می‌توانید از آلومینیوم به عنوان سوخت استفاده کنید و از سیستم‌های راکتور فشرده انرژی در مقیاس مگاوات دریافت کنید.

گدارت و همکارانش تا زمانی که دکترای خود را در سال 2021 به پایان رساند، سیستمی را توسعه دادند که سوخت آلومینیوم را با آن کاتالیزورها مخلوط می‌کند تا به طور مداوم برق در مقیاس کیلووات را از طریق یک پیل سوختی هیدروژنی تولید کند.

گدارت Found Energy را در سال 2022 راه اندازی کرد و مجوز بخشی از تحقیقات خود را از دفتر مجوز فناوری MIT دریافت کرد و از خدمات مشاوره سرمایه گذاری MIT پشتیبانی دریافت کرد. این شرکت بورسیه Activate دریافت کرد و پس از رشد سریع زیرزمین گدارت، به تأسیسات فعلی 20000 فوت مربعی خود در چارلستاون، ماساچوست نقل مکان کرد.

امروزه Found Energy با شرکت های صنعتی که ضایعات آلومینیوم فراوانی دارند کار می کند.

گدارت می گوید: «وقتی سوختی را اختراع می کنید، باید موتور را اختراع کنید. “موتور ما راکتور آب آلومینیوم کاتالیز شده نامیده می شود. شما از آلومینیومی تغذیه می کنید که با کاتالیزور و آب تصفیه شده است و مخلوط گاز بخار و هیدروژن به دست می آید. ما آن را جریان برق خود می نامیم. ما از آن برای تولید همزمان گرما و برق صنعتی استفاده می کنیم. محصول جانبی واکنش یک اکسید آلومینیوم هیدراته است که می تواند به صنایع مختلف فروخته شود یا دوباره چرخه شود.”

هنگامی که گدارت برای ساختن سیستم های بیشتری کار می کرد، نگران اتکای Found به زنجیره های تامین چینی برای مواد کاتالیزوری خود شد. بنابراین، در سال 2024، او روش جدیدی برای استخراج گالیم از مشروب بایر، یک جریان فرآیند صنعتی که برای تولید آلومینیوم استفاده می‌شود، ابداع کرد. روش‌های سنتی استخراج گالیوم به مواد شیمیایی آلی یا رزین‌های کنترل‌شده خارجی برای اتصال و تغلیظ گالیم متکی هستند.

Found از یک فرآیند الکتروشیمیایی مداوم برای بازیابی گالیم به طور مستقیم از مشروب بایر و سایر مواد اولیه صنعتی، حتی در غلظت های پایین استفاده می کند.

گدارت می‌گوید: «ما آن را راهی برای اثبات کاری که انجام می‌دادیم در نظر گرفتیم. «ضرورت مادر اختراع بود».

سپس، در اواخر سال 2024، چین شروع به محدود کردن صادرات فلزات مهم از جمله گالیوم کرد.

گدارت به یاد می‌آورد: «ما متوجه شدیم که قبلاً تکنیکی را برای تولید این فلزات محدود ایجاد کرده‌ایم که می‌توان آن را خیلی سریع تطبیق داد.

مقیاس برای امنیت ملی

در 14 آوریل، دفتر مواد معدنی حیاتی و نوآوری انرژی وزارت انرژی، Found را به عنوان بخشی از برنامه 5.4 میلیون دلاری خود برای بازیابی گالیوم از مواد اولیه داخلی انتخاب کرد. این شرکت قصد دارد تا پایان سال 2027 استخراج گالیوم را به همراه سایر فلزات حیاتی مانند ایندیم و ژرمانیوم آغاز کند.

در همین حال، Found در حال حاضر یک سیستم نمایش سوخت آلومینیومی کلاس 100 کیلووات را در Charlestown اجرا می کند و از طریق سفارشات چندین مگاواتی از شرکت های بزرگ دولتی کار می کند.

گدارت می‌گوید: «برای فناوری سوخت ما، چشم‌انداز این است که تا آنجا که ممکن است پیشرفت کنیم. ما نیروگاه‌های بزرگ را پیش‌بینی می‌کنیم. به عنوان مثال، پالایشگاه‌های آلومینیوم امروزه صدها مگاوات انرژی حرارتی مداوم مصرف می‌کنند. این چیزی است که هدف ما ارائه آن است.»

گدارت می‌گوید که اکنون بیشتر وقت خود را صرف استخراج گالیوم می‌کند، اما هر دو شاخه این تجارت می‌توانند زنجیره‌های تامین را در آینده ایمن‌تر کنند.

گدارت می‌گوید: «تمرکز عمده اکنون روی فلزات حیاتی است، زیرا دولت به این نیاز دارد. ما همچنین این فلزات را برای خودمان می‌سازیم، بنابراین زنجیره تامین خود را به صورت عمودی یکپارچه می‌کنیم، که اکنون برای شرکت‌هایی که با کالاهای فیزیکی معامله می‌کنند، سهم جدول است. شما باید بتوانید ورودی‌های خود را کنترل کنید. با تمرکز بر فلزات، احتمال موفقیت کسب‌وکار سوخت آلومینیوم ما را افزایش می‌دهد.