۴ فناوری که می‌تواند آینده انرژی را تأمین کند
تاریخ انتشار:
معرفی
کجا می‌توانید لیزرها، گیتارهای برقی و قفسه‌هایی پر از باتری‌های نوآورانه را در یک اتاق بزرگ پیدا کنید؟ این هفته، پاسخ به این سؤال اجلاس نوآوری انرژی ARPA-E ۲۰۲۵ بود که در حومه واشنگتن دی‌سی برگزار شد.
نوآوری در انرژی می‌تواند اشکال مختلفی به خود بگیرد و تنوع در تحقیقات انرژی در این اجلاس به نمایش گذاشته شد. ARPA-E، بخشی از وزارت انرژی ایالات متحده، تأمین مالی پروژه‌های تحقیقاتی با ریسک بالا و پاداش بالا را انجام می‌دهد. این اجلاس پروژه‌هایی را که این نهاد تأمین مالی کرده است، به همراه سرمایه‌گذاران، سیاست‌گذاران و روزنامه‌نگاران جمع می‌کند.
صدها پروژه در یک سالن بزرگ در طول کنفرانس به نمایش درآمدند که شامل نمایش‌ها و نتایج تحقیقاتی بود. در اینجا چهار نوآوری جالب که MIT Technology Review در محل مشاهده کرد، معرفی می‌شود.
فناوری لیزر برای تولید آهن
استارتاپ Limelight Steel یک فرآیند برای تولید آهن، که جزء اصلی فولاد است، با استفاده از لیزرها برای گرم کردن سنگ آهن به دماهای بسیار بالا توسعه داده است.
تولید فولاد حدود ۸ درصد از انتشار گازهای گلخانه‌ای جهانی را تشکیل می‌دهد، بخشی از این موضوع به این دلیل است که بیشتر فولاد هنوز با کوره‌های بلند تولید می‌شود که برای رسیدن به دماهای بالا که واکنش‌های شیمیایی لازم را آغاز می‌کند، به زغال‌سنگ وابسته است.
Limelight به جای این روش، لیزرها را بر روی سنگ آهن می‌تاباند و آن را به دماهای بالای ۱۶۰۰ درجه سانتی‌گراد گرم می‌کند. سپس آهن مذاب می‌تواند از ناخالصی‌ها جدا شود و این آهن می‌تواند از طریق فرآیندهای موجود برای تولید فولاد استفاده شود.
این شرکت یک سیستم نمایشی کوچک با قدرت لیزر حدود ۱.۵ کیلووات ساخته است که می‌تواند بین ۱۰ تا ۲۰ گرم سنگ را پردازش کند. کل سیستم شامل ۱۶ آرایه لیزر است که هر کدام کمی بزرگتر از یک تمبر پستی هستند.
اجزای سیستم نمایشی به صورت تجاری در دسترس هستند؛ این نوع خاص از لیزر در پروژکتورها استفاده می‌شود. اندی ژائو، یکی از بنیان‌گذاران و CTO این شرکت می‌گوید که این استارتاپ از پیشرفت‌های سال‌ها در صنعت ارتباطات بهره‌مند شده است که به کاهش هزینه لیزرها کمک کرده است.
گام بعدی ساخت یک سیستم بزرگتر است که از ۱۵۰ کیلووات قدرت لیزر استفاده خواهد کرد و می‌تواند تا ۱۰۰ تن فولاد در طول یک سال تولید کند.
هیدروژن ژئولوژیکی
قطعات سنگی در یک غرفه که توسط MIT میزبانی می‌شد، ممکن است چندان پیشرفته به نظر نرسند، اما روزی می‌توانند به تولید سوخت‌ها و مواد شیمیایی کمک کنند.
موضوع اصلی بحث در اجلاس ARPA-E هیدروژن ژئولوژیکی بود—هیجان زیادی درباره تلاش‌ها برای یافتن ذخایر زیرزمینی این گاز وجود دارد که می‌تواند به عنوان سوخت در صنایع مختلف، از جمله حمل و نقل و صنعت سنگین استفاده شود.
سال گذشته، ARPA-E چندین پروژه در این زمینه تأمین مالی کرد، از جمله یکی در آزمایشگاه ایونتیم آباته در MIT. آباته یکی از محققانی است که هدفش تنها شکار هیدروژن نیست، بلکه استفاده از شرایط زیرزمینی برای کمک به تولید آن است. اوایل امسال، تیم او تحقیقی منتشر کرد که نشان می‌دهد با استفاده از کاتالیزورها و شرایط رایج در زیرسطح، دانشمندان می‌توانند هیدروژن و همچنین سایر مواد شیمیایی مانند آمونیاک تولید کنند. آباته یک شرکت اسپین‌آوت به نام Addis Energy تأسیس کرده است تا این تحقیق را تجاری‌سازی کند، که از آن زمان نیز تأمین مالی ARPA-E را دریافت کرده است.
تمام سنگ‌های روی میز، از تکه‌ای بازالت سخت و تیره تا تالک نرم‌تر، می‌توانند برای تولید این مواد شیمیایی استفاده شوند.
مغناطیس‌های جدید Niron
صدای موسیقی از غرفه Niron Magnetics در نزدیکی پیاده‌روها به گوش می‌رسید. افرادی که در حال گذر بودند، برای تست کردن مغناطیس‌های این شرکت که به شکل یک گیتار برقی بود، توقف کردند.
اکثر مغناطیس‌های پرقدرت امروزی حاوی نئودیمیوم هستند—تقاضا برای آن‌ها در سال‌های آینده به شدت افزایش خواهد یافت، به ویژه با ساخت بیشتر خودروهای برقی و توربین‌های بادی. منابع ممکن است به شدت محدود شود و ژئوپولیتیک‌ها پیچیده است زیرا بیشتر تأمین این مواد از چین می‌آید.
Niron در حال ساخت مغناطیس‌های جدیدی است که حاوی فلزات نادر زمین نیستند. به جای آن، فناوری Niron بر اساس مواد فراوان‌تری مانند نیتروژن و آهن است.
گیتار یک محصول نمایشی است—امروزه، مغناطیس‌های موجود در گیتارهای برقی معمولاً حاوی آلومینیوم، نیکل و کبالت هستند که به ترجمه ارتعاشات از رشته‌های فولادی به یک سیگنال الکتریکی که از طریق یک تقویت‌کننده پخش می‌شود، کمک می‌کنند. Niron یک ساز با استفاده از مغناطیس‌های نیترید آهن خود ساخته است.
Niron در اواخر سال ۲۰۲۴ یک تأسیسات تجاری آزمایشی افتتاح کرد که ظرفیت تولید ۱۰ تن مغناطیس در سال را دارد. از آخرین باری که Niron را پوشش دادیم، در اوایل سال ۲۰۲۴، این شرکت اعلام کرده است که برنامه‌هایی برای یک کارخانه تمام‌مقیاس دارد که پس از راه‌اندازی کامل، ظرفیت سالانه حدود ۱۵۰۰ تن مغناطیس خواهد داشت.
باتری‌های سدیم-یون Natron
افزایش تقاضا برای انرژی از سوی هوش مصنوعی و مراکز داده موضوع داغ دیگری در اجلاس بود، با قفسه‌های سرور که در نمایشگاه برای نشان دادن فناوری‌های مربوط به این بخش قرار داده شده بودند. یکی از قفسه‌ها که پر از باتری بود، توجه من را جلب کرد، به لطف Natron Energy.
این شرکت در حال ساخت باتری‌های سدیم-یون برای کمک به تأمین تقاضای انرژی از مراکز داده است.
تقاضای انرژی مراکز داده می‌تواند به شدت متغیر باشد—و با افزایش نیازهای کلی انرژی آن‌ها، این نوسانات می‌توانند بر شبکه تأثیر بگذارند. باتری‌های سدیم-یون Natron می‌توانند در این تأسیسات نصب شوند تا بزرگ‌ترین اوج‌ها را متعادل کنند و اجازه دهند تجهیزات محاسباتی بدون فشار بیش از حد به شبکه، به طور کامل کار کنند، می‌گوید کولین وسل، یکی از بنیان‌گذاران و CTO Natron.
باتری‌های سدیم-یون یک جایگزین ارزان‌تر برای شیمی‌های مبتنی بر لیتیوم هستند. آن‌ها همچنین بدون لیتیوم، کبالت و نیکل ساخته می‌شوند، موادی که در تولید یا پردازش محدود هستند. ما شاهد ظهور برخی انواع باتری‌های سدیم-یون در خودروهای برقی در چین هستیم.
Natron سال گذشته یک خط تولید در میشیگان افتتاح کرد و این شرکت برنامه دارد یک کارخانه ۱.۴ میلیارد دلاری در کارولینای شمالی راه‌اندازی کند.