یک استارت آپ می خواهد مراکز داده را با دی اکسید کربن «فوق بحرانی» نیرو دهد

American Supercritical چهارشنبه از مخفی کاری خارج شد و 8 میلیون دلار بودجه را اعلام کرد. این شرکت می‌خواهد توربین‌های گازی ناکارآمدی را که بسیاری از مراکز داده برای نیرو به آن‌ها متکی هستند، با واحدهایی که می‌توانند انرژی بیشتری تولید کنند، بدون افزودن گازهای گلخانه‌ای (البته توربین‌های گازسوز به انتشار آلودگی کربن ادامه می‌دهند) بازسازی کند.

این فناوری همچنین می‌تواند از نظر تئوری در طیف گسترده‌ای از منابع انرژی در زمانی که تقاضای برق به طور سرسام‌آوری افزایش می‌یابد مورد استفاده قرار گیرد. سیمون شوهام، یکی از بنیانگذاران، می‌گوید: «ما می‌خواهیم با توربین‌های گازی شروع کنیم، اما در نهایت فراتر از آن گسترش پیدا می‌کنیم. اکثر نیروگاه‌های گازی بزرگ در ایالات متحده از مجموعه‌ای از موتورهای حرارتی در آنچه به عنوان فرآیند سیکل ترکیبی شناخته می‌شود استفاده می‌کنند: ابتدا، توربین‌ها برق را از سوزاندن هوای فشرده و گاز طبیعی تولید می‌کنند، سپس یک موتور جداگانه از اگزوز داغ برای تولید بخار و ایجاد انرژی اضافی استفاده می‌کند.

اما به دلایل مختلف، مراکز داده در سرتاسر ایالات متحده تصمیم گرفته‌اند که عملیات خود را با آنچه به عنوان توربین‌های چرخه ساده شناخته می‌شوند، تغذیه کنند و جزء بخار را کنار بگذارند. این توربین ها نسبت به نیروگاه های سیکل ترکیبی کارایی بسیار کمتری دارند. معمولا تنها حدود 35 درصد از انرژی توربین‌های چرخه ساده به الکتریسیته تبدیل می‌شود، در حالی که بقیه به عنوان اگزوز خارج می‌شود.

(در نیروگاه‌های سیکل ترکیبی، این رقم به 60 تا 65 درصد نزدیک‌تر است.) این اگزوز شامل گازهای گلخانه‌ای است، که باعث می‌شود کارخانه‌هایی که روی توربین‌های سیکل ساده کار می‌کنند، گزینه‌ای بدتر از نیروگاه‌های سیکل ترکیبی برای محیط زیست باشند. اندازه برخی از این گیاهان همراه با ناکارآمدی آنها دستور العملی برای فاجعه آب و هوایی است.

به عنوان مثال، یک نیروگاه عظیم مرکز داده در تگزاس که آمازون تنها با توربین‌های چرخه ساده می‌سازد، مجاز است بیش از 33 میلیون تن گازهای گلخانه‌ای در سال منتشر کند که بیشتر از مجموع سالانه برخی از کشورهای کوچک است. بنیانگذاران American Supercritical می‌گویند، اما همه این توربین‌های کوچک و ناکارآمد می‌توانند برای فناوری CO2 فوق بحرانی مناسب باشند. دی اکسید کربن زمانی که تحت فشار قرار می گیرد و در دمای معینی نگهداری می شود فوق بحرانی می شود.

در این حالت، چگالی مایع را به دست می‌آورد، اما همچنان مانند گاز رفتار می‌کند، به این معنی که می‌تواند انرژی را با کارایی بیشتری از طریق مقادیر بسیار کمتری از تجهیزات منتقل کند. American Supercritical می خواهد واحدهای خود را به توربین های گازی کوچک متصل کند و به تولید انرژی بیشتر کمک کند. در حالی که خود توربین ها همچنان از گاز استفاده می کنند، واحد CO2 فوق بحرانی می تواند از اگزوز داغ تولید شده از آن توربین ها برای ایجاد الکتریسیته اضافی استفاده کند.

به جای استفاده از آن گرما برای جوشاندن آب و ایجاد بخار، گرما مستقیما توسط CO2 تحت فشار برای تولید انرژی اضافی بدون انتشار اضافی منتقل می شود. شوهام می گوید: «ما اساسا در حال ساخت کارخانه های مینیاتوری سیکل ترکیبی هستیم. استفاده از CO2 فوق بحرانی همچنین می‌تواند مصرف آب را در فرآیند تولید برق از بین ببرد یا تا حد زیادی کاهش دهد - چیزی که در مراکز داده مورد بررسی دقیق قرار می‌گیرد. نکته مهم این است که CO2 درگیر در یک سیستم حلقه بسته عمل می کند، به این معنی که لازم نیست دوباره پر شود.

متیو کارلسون، یکی از بنیانگذاران، که بیش از یک دهه در مورد CO2 فوق بحرانی تحقیق کرد، آن را به سیستم های تبرید تشبیه کرد که CO2 را برای تسهیل خنک سازی به گردش در می آورد. این شرکت قصد دارد در ابتدا یک واحد 10 مگاواتی را بفروشد - نسبتا کوچک با استانداردهای کارخانه گاز. بر اساس ریاضیات American Supercritical، افزودن واحدهای CO2 فوق بحرانی می‌تواند بازده توربین‌ها را تا 50 درصد افزایش دهد، بدون اینکه انتشار گازهای گلخانه‌ای یا مصرف آب اضافه شود. اما مقاوم‌سازی تمامی توربین‌های گازی ناکارآمد کشور که مراکز داده را با واحدهای CO2 فوق بحرانی تغذیه می‌کنند، انتشار گازهای گلخانه‌ای را به صفر نمی‌رساند.

تولید و استفاده از گاز طبیعی، حتی با توربین های کارآمد، سیاره زمین را گرم می کند. مراکز داده همچنین منبع عظیم جدیدی از آلودگی را نشان می دهند - درست در زمانی که جهان نیاز به کاهش استفاده از آن دارد. استفاده از CO2 فوق بحرانی برای نیرو برای بیش از 50 سال در آزمایشگاه های ملی ایالات متحده مورد مطالعه قرار گرفته است. در طول دو دهه گذشته، تحقیقات از نظریه به سمت آزمایش کاربردهای عملی، به کمک پیشرفت‌های تکنولوژیکی که به فرآیند فشار کمک می‌کنند، فاصله گرفته است.

داگ هوفر، مشاور American Supercritical که دو دهه را در جنرال الکتریک به عنوان مهندس توربین گذراند، می‌گوید که یکی از نوآوری‌های مهم توسعه مبدل‌های حرارتی فشرده‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر بوده است – دستگاه‌هایی که هم به گرمایش و هم خنک‌کردن CO2 کمک می‌کنند. سوبیث واسو، استاد مهندسی در دانشگاه فلوریدا مرکزی، که آزمایشگاهی را در مرکز تحقیقات توربوماشین‌های پیشرفته و انرژی این دانشکده اداره می‌کند، می‌گوید American Supercritical تنها شرکتی نیست که تلاش می‌کند این فناوری را وارد بازار کند.

این شرکت ها هنوز برای دستیابی به موفقیت تجاری باید بر موانعی غلبه کنند. او می‌گوید: «هر زمان که به سمت فن‌آوری‌های جدید می‌روید، باید تمام اجزای مرتبط، زنجیره تأمین را در جای خود داشته باشید». او می‌افزاید که چالش‌های فنی نیز فراوان است، «و هزینه‌ها مسئله بزرگی بوده است». هوفر می‌گوید که بخشی از تأخیر صرفا به این دلیل است که شرکت‌های بزرگ‌تر از عملکرد نیروگاه‌های سنتی راضی هستند و تمایلی به سرمایه‌گذاری در فناوری‌های مختلف ندارند و سازندگان توربین علاقه‌ای به تأمین مالی رقبای بالقوه ندارند.

"این معضل مبتکر است، درست است؟" او می گوید. بیرون آوردن این [فناوری] باید تأثیر خارجی داشته باشد.» 7 تریلیون دلاری که قرار است تا سال 2030 در مراکز داده در سطح جهان سرمایه‌گذاری شود، به باز کردن یک بازار بالقوه کاملا جدید کمک کرده است، به ویژه برای یک صنعت مسابقه‌ای که تا آنجایی که می‌تواند قدرت بیشتری را در شبکه به دست آورد تا بتواند در مسابقه هوش مصنوعی پیشروی کند. شوهام می گوید: «این تمایل باورنکردنی برای پرداخت [برای قدرت] وجود دارد، اما آنها در تنگنا هستند.

هدف این است که وارد اینجا شویم، سیستم‌های موجود خود را بازسازی کنیم و به آنها توانایی ایجاد مراکز داده اضافی یا خلاص شدن از شر برخی از توربین‌های گازی را بدهیم.» در اوایل سال جاری، چین اعلام کرد که عملیات در اولین نیروگاه زمین گرمایی جهان با استفاده از CO2 فوق بحرانی آغاز شده است. کارلسون می‌گوید که در دوران حرفه‌ای خود، روی کاربردهای CO2 فوق بحرانی در انرژی هسته‌ای، زمین گرمایی و خورشیدی کار کرده است. او و شوهام می‌گویند که واحدهایشان را می‌توان برای کار با راکتورهای کوچک مدولار تبدیل کرد، فناوری که از حمایت قوی دولت ترامپ برخوردار است.

(شرکت می گوید که قبلا یک قرارداد اولیه با یک شرکت امضا کرده است، اگرچه نامی از آن نبرده است). این می تواند با سایر منابع گرما نیز کار کند. کارلسون می‌گوید: «ما فقط باید چیزی گرم بگیریم و سپس می‌توانیم آن را به برق تبدیل کنیم.