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 پیتر گدارت ( دانشمند سابق ناسا) تأسیس شد، در حال تجاری‌سازی راهکاری برای تبدیل آلومینیوم به منبع گرما و هیدروژن بدون کربن است. طبق داده‌های منتشر شده، آلومینیوم پس از واکنش می‌تواند ۱۵.۸ مگاژول گرما در هر کیلوگرم آزاد کند و هیدروژنی با چگالی انرژی تا ۳۶.۳ مگاژول در لیتر تولید کند که تقریباً هشت برابر هیدروژن مایع (۷.۲ مگاژول در لیتر بر حسب حجم) است. این شرکت ۱۲ میلیون دلار بودجه اولیه جمع‌آوری کرده است 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 محلی به عنوان ورودی استفاده کند.

تحولات و وضعیت تجاری‌سازی

در اواخر اکتبر، آزمایشگاه Found Energy اعلام کرد که در حال آماده‌سازی برای نصب تجهیزات تأمین گرما و هیدروژن برای اولین مشتری صنعتی خود است. هنوز هیچ داده‌ای در مورد قیمت‌گذاری یا تخفیف تجاری برای این راهکار در دسترس نیست؛ تمرکز فعلی بر آزمایش، نمایش و استقرار اولیه میدانی سیستم در اوایل سال آینده است.

فناوری‌های کلیدی و پلتفرم‌های داده

• گرمای آزاد شده هنگام اکسیداسیون آلومینیوم: ۱۵.۸ مگاژول بر کیلوگرم
• هیدروژن تولید شده چگالی انرژی تا ۳۶.۳ مگاژول بر لیتر دارد؛ برای مقایسه، هیدروژن مایع به ۷.۲ مگاژول بر لیتر می‌رسد.
• واکنش آلومینیوم-آب، اکسید آلومینیوم تولید می‌کند و گرما را به همراه هیدروژن آزاد می‌کند؛ هیدروژن در محل تولید می‌شود و از خطر ذخیره‌سازی گاز یا مایع جلوگیری می‌شود.
• مانع سنتی، لایه سطحی اکسید آلومینیوم 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 از بین می‌برد، بنابراین واکنش مانند یک "دیگ بخار" به طور مداوم ادامه می‌یابد.

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

مقایسه داده‌های تاریخی و نظرات کارشناسان.

ایده استفاده از آلومینیوم به عنوان سوخت، دهه‌هاست که مورد بررسی قرار گرفته است. جف اسکامانز (دانشگاه برونل، لندن) در دهه ۱۹۸۰ در مورد کاربرد آلومینیوم به عنوان جایگزین بنزین برای وسایل نقلیه تحقیق کرد، اما به دلیل واکنش ناکارآمد آلومینیوم-آب، این تحقیق ناموفق بود. پیتر گدارت اذعان می‌کند که مانع لایه اکسید باعث شده است که "مردم بارها سعی کنند این ایده را کنار بگذارند"، اما معتقد است که یک کاتالیزور فلز مایع خورنده، پیشرفتی در حفظ این واکنش است.

گرانول‌های آلومینیوم پس از عملیات کاتالیزوری (ظرف شیشه‌ای در سمت چپ) و قطعات آلومینیوم خام (در سمت راست). عکس: MIT

تحلیل روند و سناریو

در کوتاه‌مدت، Found Energy قصد دارد گرمای صنعتی و هیدروژن را برای تأسیسات تولیدی در محل فراهم کند و این کار را با یک کارخانه ابزارسازی در جنوب شرقی آغاز می‌کند. در میان‌مدت، اگر این مدل به طور پایدار کار کند و گسترش یابد، می‌تواند همزمان دو مشکل را برطرف 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

هدف	توده	منبع
ضایعات آلومینیومی که هر ساله جمع آوری می شوند، بازیافت نمی شوند.	بیش از ۳،۰۰۰،۰۰۰ تن	موسسه بین‌المللی آلومینیوم
آلومینیوم یا جمع‌آوری نمی‌شود یا همراه با زباله‌ها سوزانده می‌شود.	۹،۰۰۰،۰۰۰ تن در سال	موسسه بین‌المللی آلومینیوم
برای برآورده کردن تمام الزامات گرمایش صنعتی، مدل «مدار بسته» به آلومینیوم نیاز دارد.	۳۰۰،۰۰۰،۰۰۰ تن (≈۴٪ از ذخایر)	طبق برآوردهای شرکت.

در مورد 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 طرح طبق برآورد داخلی گسترش یابد، میزان آلومینیوم درگیر در این چرخه تقریباً 300،000،000 تن خواهد بود که معادل حدود 4٪ 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: پتانسیل مصرف آلومینیوم «کثیف»، مسیری را برای پردازش ضایعات دشوار بازیافت باز می‌کند و راندمان چرخه عمر این ماده را بهبود می‌بخشد.
• هیدروژن: تولید هیدروژن در محل از واکنش آلومینیوم-آب، از خطرات مرتبط با ذخیره هیدروژن گازی یا مایع جلوگیری می‌کند.

متغیرهایی برای نظارت

• جزئیات مربوط به ترکیب کاتالیزور هنوز منتشر نشده است.
• هیچ داده‌ای در مورد هزینه، عملکرد و قابلیت اطمینان در مقیاس تجاری موجود نیست.
• اولین استقرار سیستم و بازخورد عملیاتی در محل، اوایل سال آینده در دسترس خواهد بود.

در یک نمایش آزمایشگاهی، گدارت گفت که آلومینیوم پس از اضافه شدن، واکنش نشان داد و آب را فوراً به جوش آورد و سرعت آزادسازی انرژی را برجسته کرد: «مدت زمان جوشاندن آب روی اجاق گاز شما بسیار کندتر از این خواهد بود.»

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