Fourth Power บริษัทที่ก่อตั้งโดยศาสตราจารย์ Asegun Henry กำลังพัฒนาแบตเตอรี่จากพลังงานความร้อน (Thermal Battery) ที่สามารถประจุพลังงานที่เกินจากกริดและการผลิตได้ โดยมีจุดเด่นอยยู่ที่ขนาดของพื้นที่จัดเก็บการสูญเสียความร้อนในอัตราเพียง 1% ต่อวันเท่านั้น
แบตเตอรี่จากความร้อนนั้นมีประสิทธิภาพอย่างมากในการจัดเก็บพลังงานในฐานะความร้อน แต่ความท้าทายที่แท้จริงอยู่ที่การสร้างขึ้นมา เพราะต้องมีการออกแบบระบบอย่างระมัดระวังด้วยสาเหตุที่วัสดุที่ใช้ต้องทนทานต่ออุณหภูมิที่สูงเป็นพิเศษได้ และต้องไม่เกิดปัญหาอย่างการกัดกร่อน หรือความล้าของโครงสร้างขึ้น
ระบบแบตเตอรี่ความร้อนจำนวนไม่น้อยใช้การเคลื่อนย้ายก๊าซอุณหภูมิสูง หรือเกลือหลอมเหลวผ่านท่อเหล็ก โดย Fourth Power ได้พลิกแนวคิดนี้ให้ด้วยการใช้โลหะหลอมเหลวในการถ่ายโอนความร้อนและนำมาเก็บไว้ด้วยอิฐคาร์บอน
เปลี่ยนความร้อนสู่พลังงานด้วยเซลล์ Thermophotovoltaic
ไอเดียนี้เกิดมาจากความสำเร็จในการทำลายสถิติโลกสำหรับโลหะเหลวที่ร้อนที่สุดในปี 2017 และได้ค้นพบว่าเมื่ออุณหภูมิสมบูรณ์ของวัสดุเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า เมื่อถึงจุดที่เกิดแสงสว่างสีขาวที่มีความร้อนสูง ปริมาณของแสงที่ปล่อยออกมากลับเพิ่มเป็น 16 เท่า ซึ่งเป็นที่มาของชื่อ Fourth Power
โดย Fourth Power จะทำการเก็บเกี่ยวแสงเหล่านี้ด้วยเซลล์ Thermophotovoltaic ซึ่งทำหน้าที่เหมือนแผงพลังงานแสงอาทิตย์ที่เปลี่ยนแสงเป็นไฟฟ้า ซึ่งการสาธิตการทำงานที่เกิดขึ้นได้ทำลายสถิติโลกอีกครั้ง เมื่อเซลล์ Thermophotovoltaic มีประสิทธิภาพในการเปลี่ยนแสงเป็นไฟฟ้าสูงกว่า 40%
นวัตกรรมที่ค้นพบใหม่นี้จะถูกนำไปสร้างพลังงานให้กับกริดพลังงาน (Power Grid), ผู้ผลิตไฟฟ้า (Power Producer) และบริษัทสร้างเทคโนโลยีที่กระหายพลังงานจากโครงสร้างพื้นฐานอย่างเช่น Data Center ซึ่งได้มีการคาดการณ์ว่าแบตเตอรี่สามารถใช้งานได้ตั้งแต่ 10 – 100 ชั่วโมงในต้นทุนที่ถูกกว่าแบตเตอรี่ Lithium-Ion สำหรับการใช้งานแบบกริด
ปัจจุบันบริษัทฯ กำลังทำให้เกิดการหมุนเวียน (Cycling) ในแต่ละส่วนของระบบผ่านการบริหารจัดการอุณหภูมิซึ่งร้อนเป็นครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์ และวางแผนที่สาธิตระบบที่บูรณาการอย่างสมบูรณ์ภายในปีนี้
หนึ่งในสิ่งที่การวิจัยนี้ค้นพบ คือ ยิ่งผลักดันให้เกิดอุณหภูมิที่สูงขึ้นเท่าไหร่อัตราการเปลี่ยนถ่ายความร้อนก็จะยิ่งสูงขึ้น และระบบจะหดเล็กลง นั่นเป็นประเด็นที่ทำให้ต้นทุนต่างๆ ลดลง ปัจจุบันได้มีการเปิดใช้งานแบตเตอรี่ความร้อนอยู่ที่ระหว่าง 1,900 ถึง 2,400 องศาเซลเซียส และสามารถประหยัดเงินสำหรับระบบได้มูลค่ามหาศาล
การจัดเก็บพลังงานที่มีอัตราการสูญเสียความร้อนต่อวันเพียง 1% เท่านั้น
โดยทั่วไปแล้วระบบแลกเปลี่ยนความร้อนมักทำมากจากโลหะ เช่น เหล็กและนิกเกิล โดยยิ่งอยากจะใช้อุณหภูมิสูงมากเท่าไหร่โลหะก็จะยิ่งแพงมากขึ้น แม้ว่าเซรามิกจะร้อนได้มากกว่าโลหะ แต่ก็ไม่ได้ถูกนำมาใช่บ่อยครั้งซึ่งกลายเป็นจุดตั้งต้นของคำถามสู่งานวิจัยนี้
เมื่อได้รับทุนสนับสนุนแล้วได้มีการทำลายสถิติของอุณหภูมิในการทำงานสำหรับปั๊มของเหลวในปี 2017 ที่ 1,200 องศาเซลเซียส ซึ่งตัวปั๊มนี้ทำจากเซรามิกและกราไฟต์ โดยใช้ของเหลวสีขาวที่ร้อนจัดเป็นเชื้อเพลิงเพราะไม่เกิดปฏิกริยากับคาร์บอน หมดกังวลเรื่องการกัดกร่อนที่เกิดขึ้น นอกจากนี้ยังมีจุดหลอมเหลวที่ต่ำและจุดเดือดที่สูง ทำให้มีช่วงอุณหภูมิที่เป็นของเหลวกว้างมาก ทำให้ความท้าทายตกไปอยู่ที่การออกแบบระบบ
ปัจจุบันระบบที่ถูกออกแบบมาได้นำไฟฟ้าส่วนเกินจากกริดเพื่อสร้างความร้อนให้กับอิฐกราไฟต์ขาว 6 ฟุต หนา 20 นิ้ว จนกระทั่งเกิดอุณหภูมิสูงถึง 2,400 องศาเซลเซียส ซึ่งเป็นจุดที่ระบบถูกชาร์จพลังงานจนเต็ม และเมื่อต้องการพลังงานไฟฟ้ากลับไปใช้ อิฐเหล่านี้จะถูกใช้เพื่อเพิ่มความร้อนให้สังกะสีเหลวที่จะไหลตามท่อกราไฟต์ ปั๊ม และมิเตอร์วัดการไหลตามลำดับเพื่อไปยังเซลล์ Thermophotovoltaic ซึ่งจะเป็นแสงสว่างที่เกิดจากโครงสร้างพื้นฐานกลับไปเป็นไฟฟ้า
ในปีที่ผ่านมา Fourth Power ได้วางแผนเปิดระบบที่มีกำลัง 1 Megawatt-Hour ในสำนักงานใหญ่เมือง Bedford โดยระบบเต็มกำลังจะสามารถผลิตไฟฟ้าได้ 25 Megawatt และจัดเก็บได้ 250 Megawatt Hour ซึ่งใช้พื้นที่เพียงครึ่งสนามฟุตบอลเท่านั้น นอกจากนี้ระบบยังถูกออกแบบให้เป็น Modular ที่สามารถขยายความจุเพิ่มเติมได้ และคาดว่าจะมีการสูญเสียความร้อนเพียง 1% ของที่กักเก็บไว้ทั้งหมดต่อวันเท่านั้น
ที่มาเนื้อหา:
MIT
