3 آگوست 2024 -توسط کوری بینز، دانشگاه استنفورد-اعتبار: CC0 دامنه عمومی
بر اساس تحقیقات اخیر استنفورد در PNAS Nexus، فناوری با ریشه‌هایی به عصر برنز ممکن است راه‌حلی سریع و ارزان را برای کمک به دستیابی به هدف آب و هوایی سازمان ملل در مورد انتشار خالص صفر تا سال 2050 ارائه دهد.
این فناوری شامل مونتاژ آجرهای جاذب گرما در یک ظرف عایق شده است، جایی که آنها می توانند گرمای تولید شده توسط انرژی خورشیدی یا باد را برای استفاده بعدی در دماهای مورد نیاز برای فرآیندهای صنعتی ذخیره کنند. سپس گرما می تواند در صورت نیاز با عبور هوا از کانال هایی در پشته های “آجر نسوز” آزاد شود، بنابراین به کارخانه های سیمان، فولاد، شیشه و کاغذ اجازه می دهد حتی زمانی که باد و آفتاب در دسترس نیستند با انرژی تجدید پذیر کار کنند.
این سیستم ها که اخیراً چندین شرکت تجاری سازی آنها را برای ذخیره سازی حرارت صنعتی آغاز کرده اند، نوعی ذخیره انرژی حرارتی هستند. آجرها از همان مواد آجرهای عایق ساخته شده اند که هزاران سال پیش کوره های اولیه و کوره های آهن سازی را می پوشاندند. برای بهینه سازی ذخیره گرما به جای عایق، مواد در مقادیر مختلف با هم ترکیب می شوند.
باتری ها می توانند برق را از منابع تجدید پذیر ذخیره کنند و برق را برای تولید گرما در صورت نیاز تامین کنند. مارک Z. Jacobson، نویسنده اصلی این مطالعه، استاد مهندسی عمران و محیط زیست در مدرسه Stanford Doerr، می گوید: «تفاوت بین ذخیره سازی آجر نسوز و ذخیره باتری در این است که آجرهای نسوز گرما را به جای برق ذخیره می کنند و یک دهم هزینه باتری ها هستند. دانشکده فنی و پایداری “مواد نیز بسیار ساده تر هستند. آنها اساساً فقط اجزای کثیفی هستند.”
بسیاری از صنایع برای تولید به گرمای با دمای بالا نیاز دارند. دما در کارخانه ها برای تولید سیمان باید حداقل به 1300 درجه سانتیگراد (نزدیک به 2400 درجه فارنهایت) برسد و برای تولید شیشه، آهن و فولاد به 1000 درجه سانتیگراد (حدود 1800 فارنهایت) یا گرمتر برسد. طبق محاسبات جاکوبسون و دانیل سامبور، امروزه حدود 17 درصد از کل انتشار دی اکسید کربن در سراسر جهان از سوزاندن سوخت های فسیلی برای تولید گرما برای فرآیندهای صنعتی ناشی می شود. تولید گرمای صنعتی از منابع تجدیدپذیر می تواند همه این انتشارات را از بین ببرد.
سامبور، محقق فوق دکترا در مهندسی عمران و محیط زیست، گفت: «با ذخیره انرژی به شکلی که نزدیک به مصرف نهایی آن است، ناکارآمدی در تبدیل انرژی را کاهش می دهید. اغلب در حوزه ما گفته می شود که اگر می خواهید دوش آب گرم داشته باشید، آب گرم و اگر نوشیدنی سرد می خواهید، یخ ذخیره کنید. “
محققان تصمیم گرفتند تأثیر استفاده از آجرهای نسوز برای ذخیره بیشتر گرمای فرآیندهای صنعتی در 149 کشور را در آینده ای فرضی بررسی کنند که در آن هر کشور به سمت انرژی بادی، زمین گرمایی، برق آبی و خورشیدی برای تمام مقاصد انرژی رفته است. 149 کشور مسئول 99.75 درصد از انتشار دی اکسید کربن جهانی از سوخت های فسیلی هستند. جاکوبسون گفت: “مطالعه ما اولین مطالعه ای است که انتقال انرژی تجدیدپذیر در مقیاس بزرگ را با آجرهای نسوز به عنوان بخشی از راه حل بررسی می کند.” ما دریافتیم که آجرهای نسوز انتقال سریعتر و کم‌هزینه‌تر به انرژی‌های تجدیدپذیر را امکان‌پذیر می‌کنند و این به همه از نظر سلامت، آب و هوا، شغل و امنیت انرژی کمک می‌کند.»
این تیم از مدل‌های رایانه‌ای برای مقایسه هزینه‌ها، نیازهای زمین، اثرات بهداشتی و انتشار گازهای گلخانه‌ای در دو سناریو برای آینده‌ای فرضی استفاده کرد که در آن ۱۴۹ کشور در سال ۲۰۵۰ از انرژی‌های تجدیدپذیر برای تمام مقاصد انرژی استفاده می‌کنند. در یک سناریو، آجر نسوز 90 درصد گرمای فرآیند صنعتی را تامین می کند. در مورد دیگر، استفاده از آجر نسوز یا دیگر اشکال ذخیره انرژی حرارتی برای فرآیندهای صنعتی به صفر می رسد. در سناریوی بدون آجر نسوز، محققان فرض کردند که گرمای فرآیندهای صنعتی به جای آن از کوره‌های الکتریکی، بخاری‌ها، دیگ‌ها و پمپ‌های حرارتی با باتری‌هایی که برای ذخیره‌سازی برق برای آن فناوری‌ها استفاده می‌شوند، تامین می‌شود.
محققان دریافتند که سناریوی آجر نسوز می‌تواند هزینه‌های سرمایه‌ای را به میزان 1.27 تریلیون دلار در 149 کشور در مقایسه با سناریوی بدون ذخیره‌سازی آجر نسوز کاهش دهد، در حالی که تقاضا برای انرژی از شبکه و نیاز به ظرفیت ذخیره انرژی از باتری‌ها را کاهش می‌دهد.
راه حل های تسریع انتقال به انرژی پاک نیز به سلامت انسان مرتبط است. تحقیقات قبلی نشان داده است که آلودگی هوا ناشی از سوزاندن سوخت های فسیلی باعث مرگ زودهنگام میلیون ها نفر در سال می شود. جاکوبسون گفت: “هر ذره سوخت احتراق که با برق جایگزین می کنیم، آلودگی هوا را کاهش می دهد.” و چون مقدار محدودی پول برای انتقال با سرعت بالا وجود دارد، هرچه هزینه کل سیستم کمتر باشد، سریعتر می توانیم آن را پیاده سازی کنیم.
جاکوبسون کار خود را صرف درک آلودگی هوا و مشکلات آب و هوایی و توسعه طرح های انرژی برای کشورها، ایالت ها و شهرها کرده است تا این مشکلات را حل کنند. اما تمرکز او بر روی آجرهای نسوز نسبتاً جدید است .
او گفت: “تصور کنید اگر یک روش گران قیمت و دشوار برای انتقال به برق تجدیدپذیر را پیشنهاد کنیم—مصرف کنندگان بسیار کمی خواهیم داشت. اما اگر این روش در مقایسه با روش قبلی باعث صرفه جویی در هزینه شود، با سرعت بیشتری اجرا خواهد شد.” “آنچه من را هیجان زده می کند این است که تأثیر بسیار زیاد است، در حالی که بسیاری از فناوری هایی که من به آنها نگاه کرده ام، تأثیرات حاشیه ای دارند. در اینجا من می توانم مزایای قابل توجهی را با هزینه کم از زوایای مختلف ببینم، از کمک به کاهش مرگ و میر ناشی از آلودگی هوا. برای آسان‌تر کردن انتقال جهان به انرژی‌های تجدیدپذیر پاک».
