Công ty khởi nghiệp Antora Energy được Bill Gates hậu thuẫn đang chuẩn bị tung ra loại pin nhiệt dạng mô-đun, dạng container, được thiết kế để lưu trữ năng lượng tái tạo với chi phí thấp nhất có thể – sau đó giải phóng nó một cách hiệu quả dưới dạng điện hoặc nhiệt trong quy trình công nghiệp.
Tất cả đều nhân danh ngành công nghiệp nặng khử cacbon – một công việc đơn giản cần phải được thực hiện và là một công việc khó khăn do tính chất không liên tục của năng lượng tái tạo. Thật dễ dàng để các nhà máy hoạt động 24/7 khi có sẵn nhiên liệu hóa thạch để tạo ra nhiệt theo yêu cầu, nhưng còn khi Mặt trời không chiếu sáng thì sao?
Trước đây chúng tôi đã viết về pin nhiệt “máy nướng bánh gạch” của Rondo , trong đó đề xuất một giải pháp: sử dụng năng lượng tái tạo rẻ tiền để làm nóng những viên gạch đất sét cũ thông thường trong các thùng chứa cách nhiệt, sau đó thu hồi năng lượng đó khi cần thiết với chi phí khoảng 1/5 hóa chất pin, ở dạng nhiệt xử lý lên tới 1.500 °C (2.700 °F). Sử dụng nguồn nguyên liệu rẻ, dồi dào, Rondo hy vọng sẽ triển khai giải pháp này ở quy mô khổng lồ, với mục tiêu không kém gì việc giảm 15% lượng khí thải CO2 toàn cầu trong vòng 15 năm .
Đơn vị trình diễn đầu tiên của công ty, đang được triển khai tại các cơ sở của Công ty Wellhead Electric ở California
Antora tin rằng hệ thống dựa trên carbon của họ thậm chí có thể rẻ hơn và hữu ích hơn vì nó có thể lưu trữ năng lượng ở nhiệt độ lên tới 2.000 °C (3.632 °F), thay đổi cách khai thác năng lượng, cả dưới dạng nhiệt và điện thông qua tấm quang điện nhiệt siêu hiệu quả.
Người đồng sáng lập và Giám đốc điều hành Andrew Ponec đã giải thích sự lựa chọn khối carbon của Antora trong một bài đăng trên Medium , nhưng về bản chất:
- Là sản phẩm phế thải của một số quy trình công nghiệp khác và là đầu vào chung cho ngành công nghiệp kim loại, các khối này có sẵn với số lượng hầu như không giới hạn, thông qua chuỗi cung ứng được thiết lập tốt.
- “Trong số các vật liệu lưu trữ nhiệt số lượng lớn rẻ nhất hiện có”, với giá vật liệu khoảng 1 USD/kWh – rẻ hơn khoảng 50 lần so với pin lithium-ion
- Chúng không độc hại, không xung đột và không gây ra vấn đề môi trường ở dạng rắn
- Độ dẫn nhiệt cao và độ bền cơ học cao tăng lên khi nhiệt độ nóng hơn, mang lại cho carbon rắn khả năng hấp thụ nhanh chóng lượng năng lượng lớn
- Các khối vẫn ở dạng rắn ở nhiệt độ lên tới 3.000 ° C (5.432 ° F), gần gấp đôi nhiệt độ mà thép nóng chảy, tránh được nhiều vấn đề xảy ra với muối nóng chảy và các phương tiện lưu trữ nhiệt lỏng khác
- Mật độ năng lượng cao giúp các khối carbon này dễ dàng vận chuyển và giúp pin nhiệt của Antora ít chiếm diện tích tại chỗ
- Chúng tương thích với các ứng dụng nhiệt độ cực cao
Chi phí vật liệu đáy đá và mật độ lưu trữ năng lượng thể tích lớn
Ponec viết: “Ưu điểm cuối cùng của tính ổn định nhiệt độ cực cao của carbon có liên quan đến sự truyền nhiệt”. “Sự truyền nhiệt bức xạ tỷ lệ thuận với nhiệt độ của vật nguồn được nâng lên lũy thừa 4 (T⁴), vì vậy nếu bạn tăng gấp đôi nhiệt độ thì bạn sẽ tăng mức truyền nhiệt bức xạ lên 16 lần. Đó là một hệ số tỷ lệ mạnh mẽ! Kết quả cuối cùng là ở nhiệt độ trên 1.500 °C, quá trình truyền nhiệt hoạt động hoàn toàn khác so với những gì chúng ta thường làm ở nhiệt độ phòng. Bức xạ chiếm ưu thế so với sự dẫn nhiệt và đối lưu. Ví dụ, ở 2.000 °C, hơn 99% quá trình truyền nhiệt xảy ra thông qua ánh sáng, không phải dẫn truyền và đối lưu. ”
Do đó, hệ thống của Antora khai thác ánh sáng nhiệt từ gạch carbon bằng bức xạ ánh sáng, mà Ponec mô tả là “đơn giản hơn, rẻ hơn và đáng tin cậy hơn nhiều so với các giải pháp thay thế”. Nếu khách hàng muốn năng lượng trở lại dưới dạng nhiệt, hệ thống sẽ làm nóng các ống chứa hơi nước, không khí nóng hoặc một số chất lỏng xử lý khác, có thể được dẫn xung quanh cơ sở ở bất cứ nơi nào cần nhiệt.
Nếu khách hàng muốn có điện, Antora có thể chuyển đổi nhiệt để cung cấp. Ponec giải thích: “Chúng tôi chiếu nó lên các tấm quang điện đã được cải tiến (tương tự như các tấm pin mặt trời) để tạo ra điện”. “Nhóm của chúng tôi đã phát triển một động cơ nhiệt thể rắn phá kỷ lục thế giới, có khả năng chuyển đổi nhiệt bức xạ thành điện năng chỉ với một vài micromet vật liệu và không có bộ phận chuyển động. Đây là câu chuyện của một ngày khác, nhưng bây giờ, hãy chỉ nói rằng nó khá thú vị.” hữu ích khi có một thiết bị nhỏ gọn, nhiều năng lượng, có thể mở rộng và hiệu quả có khả năng chuyển nhiệt thành điện!”
Lò thử nghiệm phát sáng ở nhiệt độ lên tới 1.500°C
Điều này khiến chúng tôi liên tưởng đến một loại pin quang điện nhiệt (TPV) mang tính đột phá của MIT mà chúng tôi đã viết vào năm ngoái , có khả năng chuyển đổi nhiệt thành điện năng với hiệu suất khoảng 40% – tốt hơn đáng kể so với tuabin hơi khiêm tốn, có hiệu suất trung bình gần 35%. Thật vậy, các nhà nghiên cứu liên quan đã đề cập đến hệ thống lưu trữ và thu hồi nhiệt dựa trên than chì là một trong những mục tiêu chính của họ.
Vì Antora cũng là một công ty con của MIT nên chúng tôi tự hỏi liệu đây có thực sự là động cơ nhiệt TPV được sử dụng trong hệ thống pin nhiệt carbon của Antora hay không. Nhưng không, có vẻ như nó đang sử dụng một tế bào TPV gallium indium arsenide khác được phát triển bởi một nhóm riêng biệt, với hiệu suất đã được chứng minh là 38,8% trong một bài báo xuất bản vào tháng 11 năm ngoái trên tạp chí Joule .
Antora nói với MIT News rằng họ đã mở một cơ sở sản xuất các tế bào TPV này – nhà máy lớn nhất thế giới với công suất dự kiến là 2 MW tế bào mỗi năm. Họ đang thực hiện các dự án công nghiệp có công suất 30-60 MW trên khắp nước Mỹ với kỳ vọng sẽ thấy việc lắp đặt pin carbon đi vào hoạt động từ khoảng năm 2025 và công ty hy vọng sẽ mở rộng quy mô một cách mạnh mẽ.
Pin nhiệt carbon được đóng gói trong thùng chứa nên chúng có thể được lắp ráp tại nhà máy trung tâm và dễ dàng vận chuyển đến địa điểm, nơi khách hàng có thể lắp đặt bao nhiêu tùy ý theo mô-đun.