थर्मल बैटरियों के साथ भारी उद्योग को डीकार्बोनाइजिंग करना

एमआईटी स्पिनआउट इलेक्ट्रिफाइड थर्मल सॉल्यूशंस ने एक विद्युत प्रवाहकीय फायरब्रिक विकसित किया है जो औद्योगिक प्रक्रियाओं को बिजली देने के लिए पर्याप्त उच्च तापमान पर गर्मी संग्रहीत करता है।

चाहे आप सीमेंट, स्टील, रसायन या कागज का निर्माण कर रहे हों, आपको बड़ी मात्रा में गर्मी की आवश्यकता होती है। लगभग बिना किसी अपवाद के, दुनिया भर के निर्माता जीवाश्म ईंधन को जलाकर वह गर्मी पैदा करते हैं।

औद्योगिक क्षेत्र को साफ-सुथरा बनाने के प्रयास में, कुछ स्टार्टअप विशिष्ट सामग्रियों के लिए विनिर्माण प्रक्रियाओं को बदल रहे हैं। कुछ तो खुद ही सामग्री बदल रहे हैं। डैनियल स्टैक एसएम '17, पीएचडी '21 ताप स्रोत को प्रतिस्थापित करके पूरे बोर्ड में औद्योगिक उत्सर्जन को संबोधित करने का प्रयास कर रहा है।

2014 में एमआईटी में आने के बाद से, स्टैक ने थर्मल बैटरी विकसित करने के लिए काम किया है जो सिरेमिक फायरब्रिक्स के प्रवाहकीय संस्करण को गर्म करने के लिए बिजली का उपयोग करती है, जिसका उपयोग सदियों से हीट स्टोर और इंसुलेटर के रूप में किया जाता है। 2021 में, स्टैक ने इलेक्ट्रिफाइड थर्मल सॉल्यूशंस की सह-स्थापना की, जिसने तब से प्रदर्शित किया है कि इसकी फायरब्रिक्स गर्मी को घंटों तक कुशलतापूर्वक संग्रहीत कर सकती है और हवा या गैस को 3,272 डिग्री फ़ारेनहाइट तक गर्म करके इसे डिस्चार्ज कर सकती है – जो कि सबसे अधिक मांग वाले औद्योगिक अनुप्रयोगों को बिजली देने के लिए पर्याप्त गर्म है।

3,000 एफ के उत्तर में तापमान प्राप्त करना विद्युत ताप उद्योग के लिए एक सफलता का प्रतिनिधित्व करता है, क्योंकि यह दुनिया के कुछ सबसे कठिन डीकार्बोनाइज क्षेत्रों को पहली बार नवीकरणीय ऊर्जा का उपयोग करने में सक्षम बनाता है। यह बिजली का उपयोग करने के लिए एक नया, कम लागत वाला मॉडल भी खोलता है जब यह सबसे सस्ती और स्वच्छ होती है।

स्टैक कहते हैं, “विद्युतीकृत थर्मल पर हमारा वैश्विक दृष्टिकोण है, लेकिन अमेरिका में पिछले पांच वर्षों में, हमने ऊर्जा की कीमतों में एक अविश्वसनीय अवसर देखा है जो बिजली के लचीले उठाव का पक्षधर है।” “पूरे देश के मध्य में, विशेष रूप से पवन बेल्ट में, कई स्थानों पर बिजली की कीमतें वर्ष के 20 प्रतिशत से अधिक के लिए नकारात्मक हैं, और ऑफ-पीक घंटों के दौरान बिजली की कीमतों में कमी की प्रवृत्ति एक राष्ट्रव्यापी घटना है। हमारी जैसी प्रौद्योगिकियां जूल हाइव थर्मल बैटरी हमें इस सस्ती, स्वच्छ बिजली तक पहुंचने और सकारात्मक जलवायु प्रभाव को ध्यान में रखे बिना, औद्योगिक हीटिंग जरूरतों के लिए जीवाश्म ईंधन के साथ प्रतिस्पर्धा करने में सक्षम बनाएगी।

पुरानी तकनीक के प्रति एक नया दृष्टिकोण

स्टैक की अनुसंधान योजनाएं तेजी से बदल गईं जब वह 2014 में एमआईटी के परमाणु विज्ञान और इंजीनियरिंग विभाग में मास्टर के छात्र के रूप में शामिल हुए।

स्टैक कहते हैं, “मैं अगली पीढ़ी के परमाणु रिएक्टरों पर काम करने के लिए उत्साहित होकर एमआईटी गया था, लेकिन पहले दिन से ही मेरा ध्यान इस बात पर केंद्रित था कि ईंटों को कैसे गर्म किया जाए।” “यह वह नहीं था जिसकी मुझे उम्मीद थी, लेकिन जब मैंने अपने सलाहकार से बात की, [Principal Research Scientist] चार्ल्स फोर्सबर्ग, ऊर्जा भंडारण के बारे में और यह न केवल परमाणु ऊर्जा बल्कि संपूर्ण ऊर्जा संक्रमण के लिए मूल्यवान क्यों था, मुझे एहसास हुआ कि फायरब्रिक्स सर्वव्यापी, सस्ती मिट्टी की ईंटें हैं जिनका उपयोग सहस्राब्दियों से फायरप्लेस और ओवन में किया जाता रहा है। 2017 में, फोर्सबर्ग और स्टैक ने नवीकरणीय संसाधनों से गर्मी संग्रहित करने की फायरब्रिक्स की क्षमता दिखाने वाले एक पेपर का सह-लेखन किया, लेकिन सिस्टम अभी भी विद्युत प्रतिरोध हीटर का उपयोग करता है – जैसे टोस्टर और स्पेस हीटर में धातु के कॉइल – जिसने इसके तापमान उत्पादन को सीमित कर दिया।

अपने डॉक्टरेट कार्य के लिए, स्टैक ने फ़ोर्सबर्ग के साथ मिलकर फ़ायरब्रिक्स बनाने का काम किया जो विद्युत प्रवाहकीय थीं, प्रतिरोध हीटरों की जगह ले लीं ताकि ईंटें सीधे गर्मी पैदा कर सकें।

स्टैक बताते हैं, “इलेक्ट्रिक हीटर आपके लिए सबसे बड़ा अवरोधक हैं: वे बहुत तेजी से जलते हैं, वे टूट जाते हैं, वे पर्याप्त गर्म नहीं होते हैं।” “विचार हीटरों को छोड़ने का था क्योंकि फायरब्रिक्स स्वयं वास्तव में सस्ती, प्रचुर मात्रा में सामग्री हैं जो आग जैसे तापमान में जा सकती हैं और कई दिनों तक वहां लटकी रह सकती हैं।”

फोर्सबर्ग और स्टैक्स पारंपरिक फायरब्रिक्स की रासायनिक संरचना में बदलाव करके प्रवाहकीय फायरब्रिक्स बनाने में सक्षम थे। विद्युतीकृत थर्मल की ईंटें 98 प्रतिशत मौजूदा फायरब्रिक्स के समान हैं और समान प्रक्रियाओं का उपयोग करके उत्पादित की जाती हैं, जिससे मौजूदा निर्माता उन्हें सस्ते में बना सकते हैं।

अपने पीएचडी कार्यक्रम के अंत में, स्टैक को एहसास हुआ कि आविष्कार का व्यावसायीकरण किया जा सकता है। उन्होंने एमआईटी स्लोअन स्कूल ऑफ मैनेजमेंट में कक्षाएं लेना शुरू कर दिया और एमआईटी उद्यमिता के लिए मार्टिन ट्रस्ट सेंटर में समय बिताना शुरू कर दिया। उन्होंने स्टार्टएमआईटी कार्यक्रम और आई-कॉर्प्स कार्यक्रम में भी प्रवेश किया, और अमेरिकी ऊर्जा विभाग और एमआईटी की वेंचर मेंटरिंग सर्विस (वीएमएस) से समर्थन प्राप्त किया।

स्टैक कहते हैं, “बोस्टन पारिस्थितिकी तंत्र, एमआईटी पारिस्थितिकी तंत्र और ऊर्जा विभाग की मदद से, हम इसे एमआईटी की प्रयोगशाला से लॉन्च करने में सक्षम हुए।” “हमने जो निकाला वह एक विद्युत प्रवाहकीय फायरब्रिक था, या जिसे हम ई-ईंट के रूप में संदर्भित करते हैं।”

विद्युतीकृत थर्मल में इंसुलेटेड, ऑफ-द-शेल्फ धातु बक्से में फायरब्रिक सरणियाँ होती हैं। हालाँकि यह प्रणाली अंतिम उपयोग के आधार पर अत्यधिक विन्यास योग्य है, कंपनी की मानक प्रणाली लगभग 5 मेगावाट ऊर्जा एकत्र और जारी कर सकती है और लगभग 25 मेगावाट-घंटे संग्रहीत कर सकती है।

कंपनी ने अपने सिस्टम की उच्च तापमान उत्पन्न करने की क्षमता का प्रदर्शन किया है और मेडफोर्ड, मैसाचुसेट्स में अपने मुख्यालय में अपने सिस्टम का चक्रण कर रही है। उस काम ने प्रौद्योगिकी को बढ़ाने और निर्माताओं के साथ काम करने के लिए ऊर्जा विभाग के विभिन्न कार्यालयों से सामूहिक रूप से विद्युतीकृत थर्मल $40 मिलियन कमाए हैं।

स्टैक का कहना है, “अन्य इलेक्ट्रिक हीटिंग की तुलना में, हम बाजार में किसी भी अन्य समाधान की तुलना में अधिक गर्म और लंबे समय तक चल सकते हैं।” “इसका मतलब है कि कई औद्योगिक स्थलों पर जीवाश्म ईंधन को प्रतिस्थापित करना जो अन्यथा डीकार्बोनाइज नहीं हो सकते।”

वैश्विक समस्या को हल करने के लिए स्केलिंग

विद्युतीकृत थर्मल सैकड़ों औद्योगिक कंपनियों के साथ जुड़ रहा है, जिनमें सीमेंट, स्टील, कांच, बुनियादी और विशेष रसायन, खाद्य और पेय पदार्थ, और लुगदी और कागज के निर्माता शामिल हैं।

स्टैक कहते हैं, “औद्योगिक तापन चुनौती सूर्य के नीचे हर किसी को प्रभावित करती है।” “उन सभी की मूल रूप से एक ही समस्या है, जो उनकी गर्मी को ऐसे तरीके से प्राप्त करना है जो ऊर्जा संक्रमण के लिए किफायती और शून्य कार्बन हो।”

कंपनी वर्तमान में अपने सिस्टम का एक मेगावाट-स्केल वाणिज्यिक संस्करण बना रही है, जिसके अगले सात महीनों में चालू होने की उम्मीद है।

स्टैक कहते हैं, “अगला साल उद्योग के लिए एक बड़ा प्रमाण बिंदु होगा।” “हम विभिन्न प्रकार के ऑपरेटिंग बिंदुओं को प्रदर्शित करने के लिए वाणिज्यिक प्रणाली का उपयोग करेंगे जिन्हें ग्राहकों को देखना होगा, और हम वर्ष के अंत तक ग्राहक साइटों पर सिस्टम चलाने की उम्मीद कर रहे हैं। यह एक बड़ी उपलब्धि होगी और सबसे पहले इलेक्ट्रिक हीटिंग के लिए क्योंकि बाजार में कोई अन्य समाधान उस तरह के तापमान को कम नहीं कर सकता जैसा हम कर सकते हैं।”

अपने फायरब्रिक्स और केसिंग के उत्पादन के लिए निर्माताओं के साथ काम करके, इलेक्ट्रिफाइड थर्मल को उम्मीद है कि वह अपने सिस्टम को एक बड़े उद्योग में तेजी से और कम लागत पर तैनात करने में सक्षम होगा।

स्टैक कहते हैं, “शुरुआत से ही, हमने इन ई-ईंटों को मौजूदा आपूर्ति श्रृंखलाओं और विनिर्माण प्रक्रियाओं के भीतर तेजी से स्केलेबल और तेजी से उत्पादन योग्य बनाने के लिए इंजीनियर किया है।” “यदि आप भारी उद्योग को डीकार्बोनाइज करना चाहते हैं, तो शून्य-कार्बन बिजली परिसंपत्तियों से बिजली को गर्मी में बदलने से सस्ता कोई तरीका नहीं होगा। हम प्रमुख तकनीक बनने की कोशिश कर रहे हैं जो उन क्षमताओं को अनलॉक करती है, जिसमें वैश्विक ऊर्जा के दोहरे अंक प्रतिशत का प्रवाह होता है जैसे ही हम ऊर्जा परिवर्तन पूरा करते हैं हमारा सिस्टम।”