تبدیل ضایعات آلومینیوم به برق؛ فناوری جدید Voya Energy با توان ۲ مگاوات

آلومینیوم سال‌هاست یکی از مهم‌ترین فلزات مورد استفاده در صنایع مختلف جهان است؛ از خودروسازی و ساختمان گرفته تا هوافضا، بسته‌بندی، انتقال برق و تجهیزات صنعتی. اما نقش این فلز ممکن است در آینده به حوزه‌ای فراتر از کاربردهای متعارف صنعتی گسترش پیدا کند. فناوری‌های جدید در حال بررسی این امکان هستند که آلومینیوم نه‌تنها به‌عنوان یک ماده مهندسی، بلکه به‌عنوان یک حامل انرژی قابل ذخیره و حمل مورد استفاده قرار گیرد.

در همین راستا، استارتاپ Voya Energy سامانه‌ای را توسعه داده است که با استفاده از آلومینیوم می‌تواند برق تولید کند. نکته قابل توجه این فناوری، امکان استفاده از آلومینیوم کم‌ارزش و ضایعات آلومینیومی به‌عنوان ماده اولیه است.

این شرکت اعلام کرده است که سامانه کانتینری آن می‌تواند تا ۲ مگاوات توان تولید کند و نخستین استقرارهای میدانی این فناوری برای سال ۲۰۲۷ برنامه‌ریزی شده است. هم‌زمان، Voya Energy یک دور سرمایه‌گذاری ۳۵ میلیون دلاری Series A را برای توسعه فناوری و افزایش مقیاس فعالیت خود جذب کرده است.

در سایت آلوم متال به بررسی تبدیل ضایعات آلومینیوم به برق با فناوری جدید Voya Energy؛ با سامانه ۲ مگاواتی، کاربرد، مزایا و تأثیر بر بازار ضایعات و صنعت آلومینیوم می پردازیمو

آلومینیوم چگونه می‌تواند انرژی تولید کند؟

در نگاه اول، تبدیل آلومینیوم به برق ممکن است عجیب به نظر برسد؛ زیرا آلومینیوم معمولاً به‌عنوان یک فلز صنعتی شناخته می‌شود، نه یک سوخت.

اما از دیدگاه الکتروشیمیایی، آلومینیوم می‌تواند در واکنش‌های خاص نقش یک حامل انرژی را ایفا کند. انرژی مورد نیاز برای تولید آلومینیوم اولیه در زمان تولید فلز از مواد معدنی در آن ذخیره می‌شود و این فلز می‌تواند بعداً در یک فرآیند الکتروشیمیایی، بخشی از این انرژی را آزاد کند.

تفاوت اصلی چنین رویکردی با سوخت‌های فسیلی این است که آلومینیوم برای تولید برق در محل مصرف الزاماً از طریق احتراق مصرف نمی‌شود. در سامانه‌های الکتروشیمیایی، واکنش کنترل‌شده میان آلومینیوم و محیط واکنش می‌تواند جریان الکتریکی ایجاد کند.

به همین دلیل، در نقطه مصرف می‌توان از تولید برق بدون احتراق مستقیم و بدون انتشار آلاینده‌های حاصل از احتراق سوخت‌های فسیلی استفاده کرد.

این موضوع به‌ویژه برای مکان‌هایی که محدودیت‌های زیست‌محیطی دارند یا به برق پایدار نیازمندند، اهمیت پیدا می‌کند.

فناوری Voya Energy چه تفاوتی با یک باتری معمولی دارد؟

یکی از نکات مهم درباره این فناوری، تفاوت میان آلومینیوم به‌عنوان حامل انرژی و باتری‌های الکتریکی متداول است.

در یک باتری معمولی، انرژی در ساختار الکتروشیمیایی سلول ذخیره شده و برای استفاده مجدد، باتری باید دوباره شارژ شود.

اما در مدل مبتنی بر آلومینیوم، انرژی را می‌توان در قالب یک ماده جامد ذخیره و به محل دیگری منتقل کرد. به بیان ساده، به جای اینکه تمام انرژی مورد نیاز در یک باتری بزرگ ذخیره شود، می‌توان ماده حامل انرژی را حمل و در محل مصرف وارد سامانه تولید برق کرد.

این ویژگی از نظر لجستیکی می‌تواند اهمیت زیادی داشته باشد.

آلومینیوم یک ماده جامد، نسبتاً پایدار و قابل حمل است و برخلاف برخی حامل‌های انرژی، برای انتقال آن الزاماً به خطوط لوله یا مخازن تحت فشار نیاز نیست.

البته این موضوع به معنای برتری قطعی این فناوری نسبت به باتری نیست. هر فناوری ذخیره انرژی باید بر اساس عواملی مانند راندمان تبدیل، هزینه سرمایه‌گذاری، قیمت ماده اولیه، چرخه عمر، هزینه حمل‌ونقل و امکان بازیابی مواد ارزیابی شود.

تولید ۲ مگاوات برق در یک کانتینر

یکی از جذاب‌ترین ویژگی‌های اعلام‌شده برای سامانه Voya Energy، فشردگی آن است.

این شرکت اعلام کرده است که یک سامانه در قالب کانتینر استاندارد ۲۰ فوت می‌تواند تا حدود ۲ مگاوات توان تولید کند.

این موضوع می‌تواند کاربردهای متنوعی داشته باشد؛ زیرا کانتینر استاندارد یک قالب شناخته‌شده در صنعت حمل‌ونقل جهانی است و جابه‌جایی تجهیزات کانتینری نسبتاً ساده‌تر از ساخت نیروگاه‌های ثابت و بزرگ است.

در صورت تحقق ظرفیت‌های اعلام‌شده در پروژه‌های واقعی، چنین سامانه‌ای می‌تواند برای مناطقی که به زیرساخت برق گسترده دسترسی ندارند، گزینه‌ای قابل بررسی باشد.

شرکت همچنین از توسعه سامانه‌هایی با ظرفیت بسیار بزرگ‌تر صحبت کرده و هدف‌گذاری آن برای مقیاس‌های بزرگ، حدود ۱۰۰ مگاوات ظرفیت تولید عنوان شده است.

رسیدن از یک سامانه ۲ مگاواتی به پروژه‌هایی در مقیاس ۱۰۰ مگاوات، البته نیازمند حل مسائل مهمی در زمینه تأمین آلومینیوم، مدیریت مواد، بازیابی محصولات، ایمنی، هزینه عملیاتی و زیرساخت است.

بنابراین، ظرفیت اعلام‌شده برای آینده باید به‌عنوان هدف توسعه فناوری در نظر گرفته شود و نه ظرفیت تجاری اثبات‌شده فعلی.

چرا ضایعات کم‌ارزش آلومینیوم اهمیت دارند؟

یکی از جذاب‌ترین جنبه‌های فناوری Voya Energy برای صنعت آلومینیوم، استفاده احتمالی از ضایعات آلومینیومی کم‌ارزش است.

همه قراضه‌های آلومینیوم ارزش یکسانی ندارند. ارزش اقتصادی یک نوع ضایعات به عوامل مختلفی مانند ترکیب آلیاژی، میزان آلودگی، وجود پوشش‌ها، اختلاط آلیاژها، اندازه قطعات و هزینه جداسازی بستگی دارد.

برای مثال، قراضه‌ای که ترکیب شیمیایی آن به‌خوبی مشخص است و آلودگی کمی دارد، معمولاً برای بازگشت مستقیم به چرخه تولید ثانویه ارزش بیشتری دارد.

در مقابل، برخی ضایعات مخلوط یا آلوده ممکن است هزینه آماده‌سازی بالایی داشته باشند.

اینجاست که مفهوم استفاده از ضایعات به‌عنوان حامل انرژی اهمیت پیدا می‌کند.

اگر یک فناوری انرژی بتواند از بخشی از این مواد استفاده کند، ممکن است بازار جدیدی برای ضایعاتی ایجاد شود که در برخی کاربردهای سنتی بازیافت، ارزش کمتری دارند.

آلومینیوم؛ یک حامل انرژی قابل حمل

مفهوم اصلی فناوری Voya را می‌توان با یک زنجیره ساده توضیح داد:

انرژی → تولید آلومینیوم → ذخیره انرژی در ماده → حمل آلومینیوم → تولید برق در محل مصرف

در این نگاه، آلومینیوم فقط یک محصول نهایی نیست؛ بلکه می‌تواند به‌عنوان یک حامل انرژی نیز مورد استفاده قرار گیرد.

این ویژگی از نظر راهبردی جالب است، زیرا آلومینیوم را می‌توان با زیرساخت‌های حمل‌ونقل موجود جابه‌جا کرد.

به همین دلیل، این فناوری در صورت توسعه می‌تواند برای مناطقی که تولید برق و مصرف برق از یکدیگر فاصله دارند نیز مورد توجه قرار گیرد.

البته باید توجه داشت که برای ارزیابی واقعی این مدل، باید کل زنجیره انرژی بررسی شود. تولید آلومینیوم اولیه خود فرآیندی انرژی‌بر است و بنابراین میزان انرژی مصرف‌شده در تولید آلومینیوم، حمل آن و سپس تبدیل مجدد انرژی به برق باید در تحلیل چرخه عمر لحاظ شود.

کاربرد فناوری در مراکز داده

یکی از بازارهای مهم مورد توجه Voya Energy، مراکز داده است.

رشد پردازش‌های ابری، هوش مصنوعی و خدمات دیجیتال باعث شده است مصرف برق مراکز داده در بسیاری از کشورها افزایش پیدا کند.

مرکز داده علاوه بر ظرفیت بالای مصرف، به یک ویژگی مهم دیگر نیز نیاز دارد:

پایداری برق.

قطع برق حتی برای مدت کوتاه می‌تواند باعث اختلال در فعالیت مرکز داده شود. به همین دلیل این مراکز معمولاً به مجموعه‌ای از منابع برق پشتیبان مجهز هستند.

در حال حاضر، ژنراتورهای دیزلی یکی از راهکارهای شناخته‌شده برای تأمین برق پشتیبان محسوب می‌شوند.

فناوری‌هایی مانند سامانه Voya می‌توانند در آینده به‌عنوان یکی از گزینه‌های مکمل یا جایگزین مورد بررسی قرار گیرند؛ به‌خصوص در شرایطی که محدودیت‌های زیست‌محیطی یا دسترسی به سوخت فسیلی اهمیت بیشتری پیدا کند.

کاربرد در صنایع خارج از شبکه

کاربرد دیگر این فناوری، تأمین برق برای تأسیسات خارج از شبکه است.

برخی پروژه‌های معدنی، صنعتی و زیرساختی در مناطقی قرار دارند که اتصال آن‌ها به شبکه برق هزینه زیادی دارد یا از نظر فنی دشوار است.

در چنین شرایطی معمولاً از ژنراتورهای سوخت فسیلی استفاده می‌شود.

یک سامانه کانتینری که بتواند با ماده‌ای جامد و قابل حمل انرژی تولید کند، می‌تواند یک گزینه جدید برای این بازار ایجاد کند.

این موضوع به‌ویژه زمانی اهمیت پیدا می‌کند که تأسیسات به برق نسبتاً پایدار و قابل پیش‌بینی نیاز داشته باشند و استفاده از منابع متناوب مانند انرژی خورشیدی به‌تنهایی پاسخگوی نیاز آن‌ها نباشد.

سرمایه‌گذاری ۳۵ میلیون دلاری Voya Energy

هم‌زمان با معرفی این فناوری، Voya Energy اعلام کرده است که موفق به جذب ۳۵ میلیون دلار سرمایه در دور Series A شده است.

جذب سرمایه در این مرحله نشان می‌دهد که توسعه‌دهندگان و سرمایه‌گذاران در حال بررسی ظرفیت تجاری فناوری‌های جدید در حوزه انرژی و حامل‌های انرژی فلزی هستند.

این سرمایه قرار است برای توسعه فناوری، افزایش مقیاس سامانه‌ها و آماده‌سازی زیرساخت‌های لازم برای استقرار تجاری مورد استفاده قرار گیرد.

یکی از مراحل تعیین‌کننده برای چنین فناوری‌هایی، عبور از نمونه آزمایشگاهی یا پروژه نمایشی به عملکرد پایدار در مقیاس صنعتی است.

در این مرحله، شاخص‌هایی مانند هزینه هر کیلووات‌ساعت برق، عمر تجهیزات، راندمان تبدیل، هزینه ماده اولیه و قابلیت بازیابی مواد اهمیت بسیار زیادی پیدا می‌کنند.

آیا این فناوری می‌تواند بازار قراضه آلومینیوم را تغییر دهد؟

در حال حاضر نمی‌توان گفت فناوری Voya به‌تنهایی می‌تواند بازار جهانی قراضه آلومینیوم را تغییر دهد. ظرفیت واقعی این اثر به میزان گسترش تجاری سامانه‌ها بستگی دارد.

اما از نظر مفهومی، یک نکته بسیار مهم وجود دارد.

اگر آلومینیوم وارد زنجیره انرژی شود، تقاضا برای برخی انواع قراضه ممکن است تنها از سوی صنعت آلومینیوم نباشد.

در این حالت، بازار ضایعات می‌تواند به دو مسیر اصلی تقسیم شود:

مسیر اول:
بازگشت قراضه به چرخه ذوب و تولید آلیاژهای ثانویه.

مسیر دوم:
استفاده از قراضه به‌عنوان ماده اولیه حامل انرژی.

در صورت رشد مسیر دوم، عواملی مانند قیمت برق، قیمت آلومینیوم، هزینه بازیافت و هزینه حمل‌ونقل می‌توانند بر ارزش اقتصادی قراضه تأثیر بگذارند.

نقش بازیافت در این مدل

یکی از مهم‌ترین پرسش‌ها درباره فناوری‌های مبتنی بر آلومینیوم، سرنوشت آلومینیوم پس از تولید برق است.

اگر هدف ایجاد یک چرخه اقتصادی و پایدار باشد، بازیابی محصولات حاصل از فرآیند و بازگرداندن آن‌ها به زنجیره تولید آلومینیوم اهمیت زیادی خواهد داشت.

در یک چرخه ایده‌آل، آلومینیوم می‌تواند چندین بار در سیستم مورد استفاده قرار گیرد:

آلومینیوم اولیه → مصرف صنعتی → ضایعات → آماده‌سازی → حامل انرژی → محصول واکنش → بازیابی → تولید مجدد آلومینیوم

هرچه این چرخه بسته‌تر باشد، مصرف مواد اولیه جدید و آثار زیست‌محیطی کاهش پیدا می‌کند.

بنابراین، موفقیت چنین فناوری‌ای تنها به توان تولید برق آن وابسته نیست؛ بلکه اقتصاد بازیابی و بازگشت آلومینیوم به چرخه تولید نیز اهمیت اساسی دارد.

مقایسه با ژنراتور دیزلی

یکی از مهم‌ترین پرسش‌ها این است که آیا برق تولیدشده با آلومینیوم می‌تواند از نظر اقتصادی با ژنراتورهای دیزلی رقابت کند یا خیر.

برای پاسخ به این سؤال، نمی‌توان فقط ظرفیت تولید برق را مقایسه کرد.

باید مجموعه‌ای از عوامل بررسی شود:

هزینه آلومینیوم مورد استفاده
هزینه آماده‌سازی ضایعات
راندمان تبدیل آلومینیوم به برق
هزینه تجهیزات
هزینه تعمیر و نگهداری
طول عمر سامانه
هزینه حمل ماده اولیه
امکان بازیابی محصولات
هزینه انتشار و الزامات زیست‌محیطی
قیمت سوخت دیزل در محل مصرف

بنابراین، مزیت اقتصادی این فناوری در نهایت باید در پروژه‌های واقعی و با داده‌های عملیاتی مشخص شود.

مزیت احتمالی نسبت به باتری‌های بزرگ

باتری‌های لیتیوم‌یون و سایر فناوری‌های ذخیره‌سازی الکتریکی در سال‌های اخیر به سرعت توسعه یافته‌اند. با این حال، برای ذخیره‌سازی طولانی‌مدت انرژی، مسئله هزینه، وزن، ظرفیت و عمر باتری همچنان اهمیت دارد.

در فناوری مبتنی بر آلومینیوم، بخشی از انرژی به جای ذخیره شدن در یک مجموعه سلول، در ماده قابل حمل قرار می‌گیرد.

این موضوع می‌تواند در پروژه‌هایی که نیاز به ذخیره انرژی برای مدت طولانی دارند، مزیت بالقوه ایجاد کند.

از سوی دیگر، باتری‌ها قابلیت شارژ و دشارژ مستقیم دارند و در بسیاری از کاربردها فناوری تثبیت‌شده‌تری محسوب می‌شوند.

در نتیجه، احتمالاً در آینده به جای اینکه یک فناوری به‌طور کامل جایگزین فناوری دیگر شود، هرکدام در بخش‌هایی که از نظر اقتصادی و فنی مناسب‌تر هستند مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

چالش‌های پیش روی فناوری Voya

با وجود جذابیت ایده، تجاری‌سازی آن با چالش‌هایی همراه است.

۱. هزینه آلومینیوم

قیمت آلومینیوم یکی از عوامل مهم در اقتصاد این فناوری خواهد بود. اگر قیمت ماده اولیه افزایش پیدا کند، هزینه تولید برق نیز می‌تواند تحت تأثیر قرار گیرد.

۲. راندمان انرژی

تولید اولیه آلومینیوم انرژی زیادی مصرف می‌کند. بنابراین باید کل چرخه انرژی بررسی شود تا مشخص شود میزان انرژی بازیابی‌شده در مرحله تولید برق چه نسبتی با انرژی صرف‌شده در مراحل قبلی دارد.

۳. تأمین قراضه مناسب

اگر فناوری به ضایعات کم‌ارزش متکی باشد، باید حجم کافی از این مواد با کیفیت و ترکیب مناسب در دسترس باشد.

۴. بازیابی مواد

بازیابی و استفاده مجدد از محصولات حاصل از واکنش می‌تواند نقش مهمی در اقتصاد و پایداری فناوری داشته باشد.

۵. مقیاس‌پذیری

عملکرد یک نمونه یا سامانه کوچک لزوماً به معنی موفقیت در مقیاس ده‌ها یا صدها مگاوات نیست. استقرارهای تجاری سال‌های آینده برای ارزیابی این موضوع تعیین‌کننده خواهند بود.

تأثیر احتمالی بر صنعت آلومینیوم

اگر فناوری‌های مبتنی بر آلومینیوم در مقیاس تجاری توسعه پیدا کنند، ممکن است مفهوم «ارزش آلومینیوم» نیز تا حدی تغییر کند.

در بازار سنتی، آلومینیوم بر اساس ویژگی‌هایی مانند آلیاژ، خلوص، شکل، ابعاد و کاربرد صنعتی قیمت‌گذاری می‌شود.

اما در یک اقتصاد انرژی‌محور، ارزش آلومینیوم می‌تواند به یک عامل دیگر نیز وابسته شود:

ظرفیت آن برای ذخیره و انتقال انرژی.

این موضوع می‌تواند فرصت جدیدی برای تولیدکنندگان، بازیافت‌کنندگان و فعالان بازار قراضه ایجاد کند.

برای مثال، ضایعاتی که امروز به دلیل ترکیب آلیاژی یا آلودگی ارزش پایین‌تری دارند، ممکن است در صورت توسعه فناوری‌های مناسب، کاربرد دیگری پیدا کنند.

آینده؛ اتصال بازار آلومینیوم و انرژی

فناوری Voya Energy را می‌توان بخشی از یک روند گسترده‌تر دانست که در آن مرز میان صنایع انرژی و مواد اولیه در حال کمرنگ‌شدن است.

در آینده ممکن است مواد مختلف نه‌تنها به‌عنوان مواد اولیه تولید، بلکه به‌عنوان حامل انرژی نیز مورد استفاده قرار گیرند.

آلومینیوم به دلیل قابلیت ذخیره انرژی، امکان حمل‌ونقل، فراوانی نسبی و زیرساخت گسترده تولید و بازیافت، یکی از موادی است که در این حوزه مورد توجه قرار گرفته است.

البته موفقیت این مدل هنوز به اثبات تجاری گسترده نیاز دارد.

برنامه Voya Energy برای استقرار سامانه‌های خود در سال ۲۰۲۷ می‌تواند نقطه مهمی برای سنجش عملکرد واقعی فناوری باشد. داده‌های حاصل از این پروژه‌ها مشخص خواهد کرد که آیا این فناوری می‌تواند از مرحله نوآوری به یک راهکار اقتصادی برای تولید برق تبدیل شود یا خیر.

تبدیل ضایعات آلومینیوم به برق | جمع‌بندی

فناوری Voya Energy یک ایده متفاوت در نقطه تلاقی صنعت آلومینیوم، بازیافت و انرژی ارائه می‌کند.

در این مدل، آلومینیوم می‌تواند از یک ماده اولیه صنعتی به یک حامل انرژی قابل ذخیره و حمل تبدیل شود و سپس در یک سامانه الکتروشیمیایی برای تولید برق مورد استفاده قرار گیرد.

توان اعلام‌شده تا ۲ مگاوات در یک کانتینر ۲۰ فوت، برنامه توسعه سامانه‌های بزرگ‌تر، امکان استفاده از ضایعات کم‌ارزش و تمرکز بر مراکز داده و صنایع خارج از شبکه، این فناوری را به یکی از نمونه‌های قابل توجه در حوزه کاربردهای جدید آلومینیوم تبدیل کرده است.

برای بازار آلومینیوم، مهم‌ترین نکته این است که در صورت موفقیت تجاری این فناوری، ضایعات آلومینیومی ممکن است علاوه بر ارزش خود به‌عنوان ماده قابل بازیافت، به‌عنوان یک حامل انرژی نیز ارزش پیدا کنند.

با این حال، قضاوت درباره میزان اثرگذاری واقعی این فناوری بر بازار آلومینیوم و صنعت انرژی، به نتایج پروژه‌های میدانی، هزینه واقعی تولید برق، راندمان سامانه و امکان ایجاد چرخه اقتصادی برای بازیابی آلومینیوم وابسته خواهد بود.

فناوری Voya Energy در صورت موفقیت می‌تواند یک مسیر جدید برای پیوند دو بازار بزرگ ایجاد کند: بازار آلومینیوم و بازار انرژی؛ مسیری که در آن ضایعات آلومینیوم نه‌تنها یک ماده قابل بازیافت، بلکه بخشی از زنجیره تأمین انرژی نیز خواهند بود.