آلومینیوم به عنوان سوخت، چگالی انرژی ۸ برابر هیدروژن

شرکت Found Energy متعلق به پیتر گدارت (که قبلاً در ناسا کار می‌کرد) ۱۲ میلیون دلار بودجه جمع‌آوری کرده و قرار است اوایل سال آینده این سیستم را نصب کند. این راهکار از ضایعات آلومینیوم برای تولید ۱۵.۸ مگاژول بر کیلوگرم گرما و ۳۶.۳ مگاژول بر لیتر هیدروژن استفاده می‌کند و هدف آن تولید انرژی بدون کربن است.

شرکت Found Energy، استارتاپی که در سال ۲۰۲۲ توسط دانشمند سابق ناسا، پیتر گدارت، تأسیس شد، در حال تجاری‌سازی راهکاری برای تبدیل آلومینیوم به منبع گرما و هیدروژن بدون کربن است. طبق داده‌های منتشر شده، آلومینیوم می‌تواند ۱۵.۸ مگاژول گرما در هر کیلوگرم آزاد کند و هیدروژنی با چگالی انرژی ۳۶.۳ مگاژول در هر لیتر تولید کند که تقریباً هشت برابر هیدروژن مایع است که ۷.۲ مگاژول در هر لیتر حجمی است. این شرکت ۱۲ میلیون دلار سرمایه اولیه جمع‌آوری کرده و قصد دارد اولین سیستم خود را در اوایل سال آینده در یک کارخانه تولید ابزار در جنوب شرقی نصب کند و از ضایعات آلومینیوم موجود در محل به عنوان ورودی استفاده کند.

تحولات و وضعیت تجاری‌سازی

آزمایشگاه Found Energy در اواخر اکتبر اعلام کرد که در حال آماده‌سازی برای نصب اولین مشتری صنعتی خود برای گرما و هیدروژن است. هنوز هیچ داده قیمت‌گذاری یا تخفیف تجاری برای این راهکار در دسترس نبود؛ تمرکز اکنون بر آزمایش، نمایش و استقرار اولین سیستم در اوایل سال آینده است.

پلتفرم فناوری و داده‌های کلیدی

• گرمای آزاد شده هنگام اکسیداسیون آلومینیوم: ۱۵.۸ مگاژول بر کیلوگرم
• هیدروژن تولید شده چگالی انرژی تا ۳۶.۳ مگاژول بر لیتر دارد؛ در مقایسه، هیدروژن مایع به ۷.۲ مگاژول بر لیتر می‌رسد.
• واکنش آلومینیوم-آب، اکسید آلومینیوم تولید می‌کند و گرما و هیدروژن آزاد می‌کند؛ هیدروژن در محل تولید می‌شود و از خطر ذخیره‌سازی گاز یا مایع جلوگیری می‌شود.
• مانع سنتی، لایه اکسید آلومینیوم سطحی است که واکنش عمیق را مسدود می‌کند؛ شرکت Found Energy از یک کاتالیزور فلزی مایع استفاده می‌کند که به ریزساختار نفوذ می‌کند و لایه اکسید را جدا می‌کند تا واکنش مانند یک «دیگ بخار» به طور مداوم ادامه یابد.

پیتر گدارت، بنیانگذار و مدیرعامل شرکت Found Energy، در آزمایشگاه این شرکت. عکس: MIT

مقایسه تاریخی و نظر کارشناسان

ایده استفاده از آلومینیوم به عنوان سوخت، دهه‌هاست که مورد بررسی قرار گرفته است. جف اسکامانز (دانشگاه برونل لندن) در دهه ۱۹۸۰ آلومینیوم را به عنوان سوخت برای وسایل نقلیه مورد مطالعه قرار داد، اما به دلیل عدم کارایی کافی واکنش آلومینیوم-آب، شکست خورد. پیتر گدارت اذعان می‌کند که مانع اکسیدی باعث شده است که «مردم بارها سعی کنند این ایده را کنار بگذارند»، اما معتقد است که یک کاتالیزور فلز مایع خورنده، موفقیتی برای حفظ این واکنش بوده است.

گلوله‌های آلومینیومی تحت تیمار کاتالیزوری (جعبه شیشه‌ای در سمت چپ) و پولک‌های آلومینیوم خام (راست). عکس: MIT

تحلیل روند و سناریو

در کوتاه‌مدت، Found Energy قصد دارد گرمای صنعتی و هیدروژن را در محل برای تأسیسات تولیدی، که در ابتدا یک کارخانه ابزارسازی در جنوب شرقی است، فراهم کند. در میان‌مدت، اگر پایدار باشد و گسترش یابد، این مدل می‌تواند همزمان دو مشکل را حل کند: کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای در صنایع سیمان و فولاد و پردازش حجم زیادی از ضایعات آلومینیوم «کثیف» که بازیافت آنها دشوار است.

ظرفیت عرضه و تقاضای مواد اولیه

شاخص‌ها	توده	منبع
ضایعات آلومینیوم جمع‌آوری‌شده هر ساله بازیافت نمی‌شوند	بیش از ۳،۰۰۰،۰۰۰ تن	موسسه بین‌المللی آلومینیوم
آلومینیوم همراه با زباله جمع آوری یا سوزانده نمی‌شود.	۹،۰۰۰،۰۰۰ تن در سال	موسسه بین‌المللی آلومینیوم
آلومینیوم مورد نیاز برای مدل «حلقه بسته» برای رفع تمام نیازهای حرارتی صنعتی	۳۰۰،۰۰۰،۰۰۰ تن (≈۴٪ از ذخایر)	طبق برآوردهای شرکت

از نظر چرخه مواد، این شرکت قصد دارد هیدروکسید آلومینیوم را از راکتور بازیابی کرده و با استفاده از برق پاک، آن را به آلومینیوم فلزی تبدیل کند و یک ورودی «حلقه بسته» ایجاد کند. اگر این مقدار را طبق برآورد داخلی در نظر بگیریم، مقدار آلومینیومی که وارد این چرخه می‌شود حدود ۳۰۰،۰۰۰،۰۰۰ تن خواهد بود که معادل حدود ۴٪ از ذخایر آلومینیوم زمین است.

تأثیر بالقوه بر صنایع مرتبط

• صنایع سنگین: منابع حرارتی بدون کربن می‌توانند انتشار گازهای گلخانه‌ای را در صنایع سیمان و فولاد کاهش دهند.
• بازار بازیافت آلومینیوم: توانایی مصرف آلومینیوم «کثیف» مسیری را برای پردازش قراضه‌های دشوار بازیافت باز می‌کند و کارایی چرخه عمر مواد را بهبود می‌بخشد.
• هیدروژن: تولید هیدروژن در محل از واکنش آلومینیوم-آب، از خطرات ذخیره هیدروژن گازی یا مایع جلوگیری می‌کند.

متغیرهایی برای نظارت

• جزئیات ترکیب کاتالیزور منتشر نشده است.
• هیچ داده‌ای در مورد هزینه، عملکرد و قابلیت اطمینان در مقیاس تجاری وجود ندارد.
• استقرار اولین سیستم و بازخورد عملیاتی میدانی برای اوایل سال آینده برنامه‌ریزی شده است.

در یک نمایش آزمایشگاهی، گدارت گفت که آلومینیوم بلافاصله پس از اضافه شدن، واکنش نشان داد و آب را به جوش آورد و سرعت آزاد شدن انرژی را برجسته کرد: «جوشاندن آب روی اجاق گاز شما بیشتر از این طول می‌کشد.»

منبع: https://baolamdong.vn/nhom-thanh-nhien-lieu-mat-do-nang-luong-gap-8-lan-hydrogen-397616.html