Sistem Revolusioner Redoks Untuk Menghasilkan Listrik

Bayangkan jika anda memiliki kotak besar di rumah yang dapat menghasilkan dan menyimpan listrik di tempat, tapi juga memanaskan dan mendinginkan rumah, menyediakan air panas bahkan mengeluarkan oksigen dan hidrogen untuk digunakan atau dijual. Itulah visi tim dari University of Newcastle dan perusahaan Australia Infratech Industries sedang bekerja, dan New Atlas berbicara dengan dua pemikiran di balik “pisau tentara Swiss” yang berpotensi mengubah permainan ini dari produksi energi.

Tim tersebut menyebut perangkat tersebut sebagai Chemical Looping Energy-on-Demand System (CLES), dan ini didasarkan pada penemuan asli oleh Profesor Behdad Moghtaderi dari Universitas Newcastle. Infratech, yang dipelopori oleh CEO Rajesh Nellore, telah terlibat sejak awal, membantu dalam pengembangan teknis sistem serta rencana untuk mengkomersilkannya.

Pabrik referensi skala industri diresmikan di Newcastle, Australia pada awal April, yang dirancang untuk rumah sakit, desa pensiunan atau bangunan komersial berukuran serupa. CLES tidak hanya menyediakan fasilitas dengan listrik, tapi juga membantu dengan pemanasan, pendinginan dan air panas, dan menghasilkan oksigen dan hidrogen yang bisa digunakan di tempat atau dijual.

Singkatnya, CLES bertindak seperti kombinasi generator dan baterai: ia dapat menggunakan gas alam yang menghasilkan listrik untuk menyalakan bangunan, atau mengambil energi listrik dari grid atau sumber yang dapat diperbarui dan menyimpannya untuk penggunaan selanjutnya. Sistem ini didasarkan pada reaksi reduksi oksidasi (redoks), dengan tabung campuran partikel khusus yang dicampur secara siklis dan kehilangan elektron.

Ketika partikel-partikel tersebut mengoksidasi, pemanasan, serta menciptakan uap yang mendorong turbin untuk menghasilkan listrik. Kemudian, ketika mereka mengurangi lagi, mereka melepaskan oksigen yang kemudian bisa dikumpulkan. “Pengurangan adalah proses endotermik, yang pada dasarnya anda mengkonsumsi energi untuk menyelesaikannya.

Sedangkan oksidasi adalah proses eksotermik, Anda benar-benar menghasilkan energi panas dari reaksi,” kata Moghtaderi kepada kami. “Jadi dengan mengelola siklus ini, kami menyediakan energi untuk langkah reduksi dengan menggunakan sumber energi, yang bisa berupa gas alam, bisa jadi listrik di luar puncak, atau bisa jadi listrik dari energi terbarukan seperti solar atau angin.”

Seiring dengan kekuatan dan oksigen, kelebihan panas yang dihasilkan oleh perangkat CLES dapat ditangkap dan digunakan untuk memanaskan bangunan secara langsung. Menyediakan air panas ata dengan bantuan lampiran terpisah, digunakan untuk pendinginan. Dan untuk melengkapinya, diperlukan prosesnya bisa di tweak untuk menghasilkan hidrogen yang dapat dipanen.

Campuran partikel di jantung sistem tersembunyi di balik rahasia IP, namun tim tersebut mengatakan bahwa partikel yang dikandungnya “alami“, sehingga mudah didapat dan cukup murah. Para penemu mengatakan bahwa mereka membelinya seharga di bawah AUD150 (US $ 112) per ton, dan hanya sedikit dari jumlah tersebut yang dibutuhkan dalam sistem waktu. Mereka akan dikemas di dalam kartrid, yang dirancang secara berjalan melalui siklus redoks berkali-kali.

Perubahan kartrid akan menjadi kejahatan yang diperlukan, namun masing-masing diperkirakan bertahan antara enam bulan sampai dua tahun dan tim tersebut meyakinkan kita bahwa isi ulang akan dihargai secara kompetitif.

Mode Ganda

Dalam mendapatkan gelar pisau tentara Swiss dari para pengembangnya, CLES dapat dijalankan dalam dua mode yang berbeda. Modus penyimpanan energi bekerja seperti baterai besar dimana energi dapat dimasukkan ke dalam sistem grid atau sumber terbarukan seperti panel surya, dan disimpan sampai waktunya nanti dibutuhkan. Itu bisa melindungi bangunan dari padam, memanfaatkan biaya listrik di luar puncak yang rendah, atau membiarkan penghuninya menyimpan energi matahari untuk digunakan pada malam hari.

“Anda bisa mengoperasikannya seperti sistem penyimpanan energi biasa, yang berarti selama jam sibuk dihabiskannya untuk mengisi partikel, dan partikelnya akan lenyap pada jam-jam sibuk tersebut,” jelas Nellore. “Jadi Anda mendapatkan semua produk, termasuk listrik, oksigen, air panas, pemanasan, pendinginan, di siang hari. Prinsipnya sama seperti saat Anda memiliki tenaga surya dan baterai.”

Modus kedua adalah apa yang tim sebut Energy on Demand. Pada pengaturan ini, unit akan terus diberi makan energi dari gas alam untuk menjaga siklus redoks berjalan, menghasilkan daya yang cukup (bersamaan dengan keluaran lainnya) untuk memenuhi kebutuhan bangunan. Keuntungan utama mode ini adalah membantu fasilitas mengurangi ketergantungan pada grid utama dan menggunakan gas alam sebagai gantinya. Yang umumnya lebih murah, lebih dapat diandalkan dan hanya menghasilkan sekitar sepertiga dari emisi.

“Dalam pembangkit tenaga terdistribusi, daripada memiliki grid terpusat yang besar, Anda berbicara tentang mikro-grid yang jauh lebih kecil,” kata Moghtaderi. “Sistem ini, dalam mode Energy on Demand, telah dirancang untuk aplikasi grid mikro. Jadi intinya, jika Anda menyebar ke desa pensiunan, dan Anda menghubungkannya dengan gas alam, maka desa pensiun akan sepenuhnya independen dari Jaringan listrik nasional, dan mereka dapat menghasilkan kekuatan dan utilitas lainnya”.

Dalam mode ini, CLES mengubah gas alam menjadi listrik dengan efisiensi sekitar 45 persen. Itu berada di kisaran (meski menuju ke ujung bawah) peringkat efisiensi untuk turbin bertenaga gas industri dengan ukuran ini. Tapi, Moghtaderi mengatakan, angka itu melonjak hingga lebih dari 90 persen saat Anda mempertimbangkan bahwa energi yang hilang dalam bentuk limbah panas sedang direklamasi dan sistem tersebut memproduksi oksigen dan hidrogen untuk boot.

Payback

Secara teori, CLES tidak hanya dapat menyimpan sebuah organisasi atau menyimpan sejumlah uang untuk tagihan listrik mereka, namun pengguna cerdas dapat menjual produk sampingan oksigen dan hidrogen dengan sedikit aliran pendapatan tambahan. Dan ketika sistem tersebut mengaduk rata-rata 120 kg (265 pon) oksigen per hari, itu akan meningkat.

Tapi apakah rata-rata orang tahu bagaimana masuk ke pasar penjualan kembali oksigen? Untuk menyederhanakan sedikit tentang ini, tim telah merancang sebuah unit yang dapat menyimpan dan menekan oksigen yang dihasilkan sistem ke dalam botol gas standar yang sama, biasanya dijual secara oksigen. Para periset mengakui bahwa pasar dan infrastruktur ini belum benar-benar dikembangkan.

Namun, mereka membayangkan bahwa pada akhirnya, dengan rumah yang membuat kelebihan oksigen, reseller mungkin saja mondar-mandir dari pintu ke pintu untuk mengumpulkan stok baru.

“Jika ini turun, masa depan perusahaan gas mungkin tidak benar-benar membutuhkan fasilitas terpusat untuk menghasilkan oksigen dengan kemurnian tinggi, mereka mungkin bergantung pada bangunan untuk tempat tinggal dan mereka hanya datang dan mengumpulkannya,” kata Moghtaderi. .

Untuk penggunaan rutin, sejumlah kecil oksigen bisa beredar melalui bangunan untuk menyegarkan udara di dalamnya. Tapi, menurut pencipta, CLES menghasilkan lebih banyak oksigen daripada yang bisa Anda hindari sendiri, jadi Anda masih akan memiliki surplus untuk dijual. Dalam kasus rumah sakit atau desa pensiunan, tabung dapat disimpan di tempat tersebut untuk digunakan oleh pasien dan penduduk.

Hidrogen, menurut sifatnya, jauh lebih sulit. Ini sangat mudah terbakar dan terlalu berbahaya bagi rumah tangga rata-rata untuk diproduksi dan disimpan tanpa pengawasan. Tapi tidak seperti oksigen, sistem yang dihasilkan terus-menerus sebagai bagian dari operasi normalnya, para periset mengatakan bahwa CLES hanya akan menciptakan hidrogen saat disuruh.

Untuk saat ini, mungkin tidak banyak kebutuhan rumah tangga. Rata-rata untuk menghasilkan hidrogen sendiri, tapi itu mungkin akan berubah dalam waktu dekat, karena mobil yang didukung oleh sel bahan bakar hidrogen berpotensi menjadi lebih luas.

“Oksigen adalah produk sampingan, dan ini adalah komoditas yang sangat berharga,” kata Nellore. “Tapi hidrogen tidak akan pernah diizinkan di lingkungan perumahan atau komersial, jadi hanya saat Anda memiliki mobil sel bahan bakar yang membutuhkan hidrogen dan Anda mencoba menciptakan infrastruktur hidrogen. Maka akan sangat masuk akal untuk benar-benar fokus pada Produk sampingan hidrogen”.

Perampingan

Untuk menunjukkan CLES, kelompok tersebut telah membangun sebuah pabrik referensi skala penuh di Newcastle, Australia. Kira-kira seukuran kontainer pengiriman. Sistem saat ini mampu menghasilkan sekitar 720 kWh jus per hari, Menurut tim sudah cukup untuk daya sekitar 30 atau 40 rumah, sebuah rumah sakit kecil atau desa pensiunan, atau rumah sakit militer. Membuat sistem modular berarti dapat ditingkatkan untuk membangun bangunan komersial yang lebih besar.

Namun untuk saat ini mereka lebih fokus pada penskalaan untuk melayani rumah individu. “Kami sedang mengerjakan versi mini untuk aplikasi perumahan kecil,” kata Moghtaderi. “Kami pada dasarnya berusaha untuk memadatkan segala sesuatu yang kita miliki, dari segi reaktor, semua kapal, mesin penggerak, semuanya yang seukuran kulkas kecil. Maka Anda benar-benar dapat memanfaatkan keuntungan dari sistem ini. Pada bangunan perumahan individu. ”

Jelas satu rumah tangga tidak akan di temukan di mana-mana untuk mendekati banyak tenaga sebagai rumah sakit atau pusat perbelanjaan, sehingga unit perumahan akan menghasilkan sekitar 24 kWh sehari. Demikian juga, anggaran untuk membelinya tidak akan meregang sejauh ini, dan meskipun tim enggan memberi nomor pada label harga dulu, mereka mengatakan bahwa itu harus kompetitif dengan sistem baterai rumah lainnya baik dengan harga maupun daya.

“Kami percaya bahwa ketika kita membuat versi miniatur untuk rumah individu dalam hal kinerja kelistrikan, kita akan menjadi sama bagus. Jika tidak lebih baik daripada sistem Tesla,” kata Moghtaderi. “Dari segi biaya, perkiraan kami menunjukkan akan sekitar 75 persen unit Tesla.”

Karena Tesla Powerwall saat ini mencapai sekitar US $ 6.000, kami memperkirakan bahwa menempatkan edisi rumahan CLES di rata-rata sekitar $ 4.500 – dan Powerwall tidak membuat oksigen di sampingnya. Apapun yang akhirnya mereka biayakan, tim yakin bahwa sistem akan membayar sendiri dalam waktu satu setengah tahun.

Melihat ke Depan

Infratech dan University of Newcastle berencana untuk meluncurkan sistem ini, dalam bentuk skala yang lebih besar saat ini, pada akhir tahun 2017. Demonstrasi teknologi CLES akan berjalan di sebuah rumah sakit gigi di Sydney sekitar bulan Juli atau Agustus, Dan jika semua berjalan sesuai rencana, unit komersial seukuran ini akan tersedia untuk dijual ke fasilitas berukuran serupa pada akhir tahun.

Mereka yang ingin mendapatkan rumah mereka dari grid akan harus menunggu sedikit lebih lama, meskipun dengan versi miniatur sekitar 18 bulan lagi. Konon, para penemu memiliki prospek cerah untuk masa depan produksi energi lokal.

“Katakanlah Anda pulang ke rumah, Anda menghubungkan laptop dan telepon genggam dengan menggunakan kekuatan Anda sendiri,” kata Moghtaderi. “Pada saat bersamaan, Anda mengisi ulang sel bahan bakar hidrogen untuk hari berikutnya dengan menggunakan hidrogen yang Anda buat sendiri. Sementara itu, Anda bisa menyuntikkan beberapa oksigen yang Anda hasilkan ke dalam rumah dan meningkatkan kesegaran udara. Atau Anda bisa menyimpannya dan menjualnya”.