कार्बन थर्मल बॅटरी अमेरिकेतील उद्योगांसाठी चोवीस तास स्वस्त ऊर्जा देण्याच्या दिशेने

ग्राफटेक इंटरनॅशनल, कार्बन आणि ग्रेफाइट उत्पादनांची प्रमुख निर्माता कंपनी, थर्मल एनर्जी स्टोरेज डेव्हलपरसोबत कार्बन-आधारित थर्मल बॅटरीवर सहयोग करत आहे, ज्याचा उद्देश अमेरिकेतील उद्योगांना चोवीस तास, कमी खर्चात ऊर्जा पुरविणे हा आहे. इंटरेस्टिंग इंजिनिअरिंगने याबद्दल वृत्त दिले आहे. हा प्रयत्न ग्रेफाइट उत्पादन क्षेत्रातील एका प्रस्थापित नावाला स्टोरेजच्या अशा श्रेणीच्या केंद्रस्थानी ठेवतो, जी जड औद्योगिक भारांसाठी पारंपरिक बॅटरींचा पर्याय म्हणून वाढते लक्ष वेधून घेत आहे.

संकल्पना सोपी आहे, जरी अभियांत्रिकी तशी नाही: लिथियम-आयन सेल्सप्रमाणे रासायनिक अभिक्रियांमध्ये ऊर्जा साठवण्याऐवजी, थर्मल बॅटरी ती घन माध्यमात — या प्रकरणात कार्बनमध्ये — उष्णतेच्या स्वरूपात साठवते आणि कारखान्याला गरज पडल्यावर ती उष्णता सोडते. केवळ विजेवर नाही तर उच्च-तापमान उष्णतेवर चालणाऱ्या अनेक औद्योगिक प्रक्रियांसाठी, हा दृष्टिकोन कारखाने प्रत्यक्षात ऊर्जा कशी वापरतात याशी थेट जुळतो.

औद्योगिक उष्णता ही कठीण समस्या का आहे

जड उद्योग हा डीकार्बोनाइझ करण्यासाठी सर्वात हट्टी क्षेत्रांपैकी एक आहे, कारण त्याचे बरेचसे काम यांत्रिक किंवा विद्युत कामाऐवजी उष्णतेवर अवलंबून असते. स्मेल्टिंग, कॅल्सिनिंग, ड्रायिंग, क्युरिंग, रिफायनिंग आणि रासायनिक प्रक्रिया या सर्वांना सतत उच्च तापमानाची आवश्यकता असते, आणि हे तापमान देणारी उपकरणे ऐतिहासिकदृष्ट्या ज्वलनाभोवती रचलेली आहेत.

यामुळे एकाच वेळी दोन समस्या निर्माण होतात. पहिली म्हणजे उत्सर्जन: जीवाश्म इंधनांपासून मिळणारी प्रक्रिया उष्णता ही औद्योगिक ऊर्जा वापराचा आणि त्यामुळे औद्योगिक कार्बन उत्सर्जनाचा मोठा वाटा आहे. दुसरी म्हणजे अर्थशास्त्र. गॅस-फायर्ड भट्टीच्या जागी अस्थिर घाऊक विजेच्या दरांवर चालणारी प्रणाली बसवल्यास नवीन प्रकारचा आर्थिक धोका निर्माण होतो, कारण कारखान्याची खर्च रचना आता तो वीज कधी घेतो यावर अवलंबून राहते.

थर्मल बॅटरी ही ही लिंक तोडण्याचा मार्ग म्हणून मांडली जात आहे. एखादी सुविधा वीज स्वस्त आणि भरपूर असताना — ज्यात अक्षय ऊर्जा उत्पादन जास्त असलेले कालावधीही समाविष्ट आहेत — शोषून घेऊ शकते आणि नंतर मागणीनुसार साठवलेली उष्णता सोडू शकते, तर ती वीजेसाठी प्रीमियम दर न देता सतत चालू राहू शकते. हेच चोवीस तास मूल्य प्रस्ताव ग्राफटेक आणि त्याचा भागीदार पुढे करत आहेत.

कार्बन-आधारित थर्मल बॅटरी काय करते

या रचनेतील थर्मल बॅटरी विद्युत इनपुट घेते आणि साठवण माध्यमात त्याचे उष्णतेत रूपांतर करते. प्रक्रियेला गरज होईपर्यंत उष्णता इन्सुलेटेड वस्तुमानात धरून ठेवली जाते, त्यानंतर ती उच्च-तापमान थर्मल ऊर्जा म्हणून पुरवली जाते. या क्रमातील काहीही इंधन पुरवठा वेळापत्रकाच्या अधूनमधून उपलब्धतेवर अवलंबून नाही; मर्यादा ही स्टोरेज ब्लॉक किती ऊर्जा धरून ठेवू शकतो आणि ती किती कार्यक्षमतेने परत मिळवता येते यावर येते.

या भूमिकेसाठी कार्बनला आकर्षक सामग्री बनविणारी अनेक वैशिष्ट्ये आहेत:

• उच्च-तापमान सहनशीलता. कार्बन आणि ग्रेफाइट सामग्री औद्योगिक वातावरणात वापरली जाते कारण ती संरचनात्मक अखंडता न गमावता अत्यंत उष्णता सहन करते.
• थर्मल कार्यक्षमता. ग्रेफाइट उष्णता प्रभावीपणे वाहून नेते, जे साठवण माध्यम चार्ज करण्यासाठी आणि नियंत्रित दराने उष्णता काढण्यासाठी दोन्हीसाठी महत्त्वाचे आहे.
• प्रस्थापित पुरवठा साखळ्या. कार्बन आणि ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड, भट्टी अस्तर आणि इतर कठीण अनुप्रयोगांसाठी आधीच औद्योगिक प्रमाणात उत्पादित केले जातात.
• खर्चाचे स्वरूप. साठवण माध्यमाचे अर्थशास्त्र मोठ्या प्रमाणात त्या कच्च्या मालावर अवलंबून असते, जो लहान, अचूक अभियांत्रिकी प्रमाणांऐवजी मोठ्या प्रमाणात तैनात करण्यासाठी पुरेसा स्वस्त असावा.

हीच ती गुणधर्मे आहेत जी कार्बन-आधारित स्टोरेजला औद्योगिक प्रमाणात केवळ बॅटरी रसायनशास्त्राने आर्थिकदृष्ट्या सोडवण्यासाठी झगडलेल्या समस्येचे विश्वासार्ह उत्तर बनवतात.

ग्राफटेक आणि अँटोरा यांची जोडी

या सहयोगातील ग्राफटेकची भूमिका उत्पादनावर आधारित आहे. कंपनी मोठ्या प्रमाणात कार्बन आणि ग्रेफाइट उत्पादने बनवते, याचा अर्थ ती स्टोरेज-सॉफ्टवेअर किंवा पॉवर-इलेक्ट्रॉनिक्स विशेषज्ञतेऐवजी सामग्री उत्पादन आणि औद्योगिक प्रक्रिया कौशल्य आणते. तिचा भागीदार, थर्मल एनर्जी स्टोरेज कंपनी अँटोरा, वीज उष्णतेत रूपांतरित करून ती औद्योगिक ग्राहकांना परत पुरविण्यावर काम करते.

हे कामाचे विभाजन बरेच काही सांगते. जड उद्योगासाठी थर्मल स्टोरेज हे ऊर्जा-तंत्रज्ञानाचे आव्हान जितके आहे तितकेच सामग्री आणि उत्पादनाचे आव्हान आहे. कार्यरत कारखान्यात बसू शकेल, वर्षानुवर्षे थर्मल सायकलिंग टिकून राहील आणि महत्त्वाच्या प्रमाणात उत्पादित होऊ शकेल असे स्टोरेज बांधण्यासाठी ग्राफटेक आधीच चालवत असलेल्या प्रकारचा जड-औद्योगिक पुरवठा आधार आवश्यक आहे.

ही जोडी विकासकांचा बाजाराच्या दिशेबद्दलचा विश्वासही दर्शवते: ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्स किंवा प्रवासी वाहनांकडे नाही, तर ज्यांची ऊर्जा मागणी मोठी, सतत आणि डीकार्बोनाइझ करण्यासाठी खर्चिक आहे अशा औद्योगिक ग्राहकांकडे.

चोवीस तास ऊर्जा हे विक्रीचे मुख्य आकर्षण

या संदर्भात "चोवीस तास" या वाक्यांशाचा विशिष्ट अर्थ आहे. सूर्य मावळल्यावर किंवा वाऱ्याचे उत्पादन घटल्यावर औद्योगिक सुविधा थांबत नाहीत. केवळ काही तासांसाठी ऊर्जा स्थलांतरित करणारी स्टोरेज प्रणाली त्यांची समस्या सोडवत नाही. उद्योगाला हवे असते ते म्हणजे ऊर्जा सर्वात स्वस्त असताना खरेदी करण्याचा आणि तरीही सतत कार्यरत राहण्याचा मार्ग.

थर्मल बॅटरी खरेदीचा क्षण वापराच्या क्षणापासून वेगळा करून हे साधतात. कमी दराच्या कालावधीत वीज घेतली जाऊ शकते, उष्णतेत रूपांतरित केली जाऊ शकते आणि प्रक्रियेला गरज होईपर्यंत ठेवली जाऊ शकते. कारखाना चालकांसाठी, याचा परिणाम म्हणजे अधिक अंदाज करण्यायोग्य खर्च आधार आणि संपूर्ण उत्पादन रेषा पुनर्रचना न करता कमी-कार्बन वीज वापरण्याचा मार्ग.

ग्रिड-स्तरावरही एक युक्तिवाद आहे. वीज लवचिकपणे शोषून घेऊ शकणारे मोठे औद्योगिक भार वाढत्या प्रमाणात बदलणाऱ्या अक्षय ऊर्जा उत्पादन असलेल्या प्रणालीसाठी उपयुक्त आहेत, कारण ते पुरवठा भरपूर असताना वीज वापरू शकतात आणि गर्दीच्या तासांमध्ये ताण वाढवत नाहीत. थर्मल स्टोरेज प्रत्यक्षात कारखान्याला कठोर ऐवजी लवचिक मालमत्तेत बदलते.

काय पाहावे

हा सहयोग पूर्ण झालेल्या तैनातीची कथा नसून अनुसरण करण्यासारखा विकास आहे. तंत्रज्ञान कसे कार्य करते हे अनेक घटकांवर अवलंबून असेल, जे प्रकल्प पुढे सरकताना अधिक स्पष्ट होतील:

• साठवलेल्या उष्णतेच्या प्रति युनिट खर्च. थर्मल स्टोरेज जीवाश्म-इंधन प्रक्रिया उष्णता विस्थापित करते तेच जर पुरवठा खर्च स्पर्धात्मक असेल.
• विद्यमान कारखान्यांसोबत एकत्रीकरण. कार्यरत औद्योगिक ठिकाणी स्टोरेज रेट्रोफिट करणे ही प्रयोगशाळेत ते बांधण्यापेक्षा वेगळी अभियांत्रिकी समस्या आहे.
• सामग्रीची टिकाऊपणा. वारंवार उच्च-तापमान सायकलिंगअंतर्गत दीर्घ सेवा आयुष्य हे ठरवते की अर्थशास्त्र दशकांपर्यंत टिकते का.
• उत्पादन प्रमाण. कार्बन आणि ग्रेफाइट उत्पादन क्षमता तंत्रज्ञान किती लवकर तैनात करता येईल हे ठरवेल.

ग्राफटेकसाठी, हा उपक्रम सामग्री व्यवसायाला ऊर्जा संक्रमणात वाढवतो, जिथे ग्रेफाइट आणि कार्बन कौशल्याचे मूल्य पारंपरिक औद्योगिक ग्राहकांच्या पलीकडे आहे. अमेरिकेतील उद्योगासाठी, हा स्वस्त, सतत, कमी-कार्बन उष्णता दीर्घकालीन आकांक्षेऐवजी व्यावहारिक पर्याय बनविण्याचा आणखी एक प्रयत्न आहे. मूळ दावा सोपा आहे: जर उष्णता निर्माण होते तितक्याच स्वस्तात साठवता येत असेल, तर विजेच्या दरांची वेळ अमेरिकन कारखाने कधी चालू शकतात हे ठरवणे थांबेल.

हा लेख इंटरेस्टिंग इंजिनिअरिंगच्या वृत्तांकनावर आधारित आहे. मूळ लेख वाचा.