Bijna 400 exposanten die de meest gedurfde energie-innovaties in de Verenigde Staten vertegenwoordigen, kwamen vorige week bijeen voor de jaarlijkse ARPA-E Energy Innovation Summit. De conferentie, georganiseerd in Dallas door het Amerikaanse Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E), toonde de inzet van het agentschap op energietechnologieën in een vroeg stadium die de status quo kunnen ontwrichten. De Amerikaanse minister van Energie Jennifer Granholm sprak op de top. “De mensen in deze zaal zijn Amerika’s beste hoop” in de race om de kracht van schone energie te ontketenen, zei ze. “De technologieën die jij creëert, zullen beslissen of we die race winnen. Maar geen druk”, grapte ze. IEEE-spectrum bracht drie dagen door met dwalen door de gangen van de vitrine. Hier zijn vijf van onze favoriete demo’s.
Gas Li-ion accu’s voorkomen extreme kou
South 8 Technologies demonstreert de koelte van zijn Li-ion-batterij door deze in ijs te begraven tijdens de ARPA-E 2024 Energy Innovation Summit.Emily Waltz
Gemaakt met een vloeibaar gas-elektrolyt in plaats van het standaard vloeibare oplosmiddel, zal een nieuw type extreem koude lithium-ionbatterij, gemaakt door South 8 Technologies in San Diego, niet bevriezen totdat de temperatuur onder de -80 ° C daalt. Dat is een grote verbetering ten opzichte van conventionele lithium-ionbatterijen, die beginnen te verslechteren wanneer de temperatuur 0 °C bereikt en uitschakelen bij ongeveer -20 °C. “Je verliest ongeveer de helft van je actieradius in een elektrisch voertuig als je ermee midden in de winter in Michigan rijdt”, zegt Cyrus Rustomji, medeoprichter van South 8. Om het standpunt van het bedrijf te bewijzen, hebben Rustomji en zijn team een emmer met droogijs tot bijna -80°C op hun stand op de ARPA-E-top en plaatsten er zaklampen in – de ene aangedreven door een South 8-batterij en de andere door een conventionele Li-ion-cel. De laatste lamp ging na ongeveer 10 minuten uit en South 8 bleef de volgende 15 uur branden. Rustomji zegt dat hij verwacht dat EV-batterijen gemaakt met South 8-technologie een vrijwel volledig bereik zullen behouden bij –40 °C en geleidelijk zullen verslechteren bij temperaturen daaronder.
Zuid 8 Technologieën
Conventionele Li-ion-batterijen gebruiken vloeibare oplosmiddelen, zoals ethyleen en dimethylcarbonaat, als elektrolyt. De elektrolyt fungeert als het medium waardoor het lithiumzout van de ene elektrode naar de andere in de batterij beweegt en stroom voert. Als het koud is, condenseren de carbonaten, waardoor het batterijvermogen afneemt. Ze kunnen ook bevriezen, waardoor alle geleiding wordt onderbroken. South 8 verruilde het carbonaat voor een aantal laagvries industriële vloeibaar gemaakte gassen (het recept dat het bedrijf niet wil onthullen).
Het gebruik van vloeibare gassen vermindert ook het risico op brand, omdat het gas zeer snel verdampt uit een beschadigde batterijcel, waardoor brandstof wordt verwijderd die zou kunnen verbranden en ervoor zou kunnen zorgen dat de batterij vlam vat. Als een conventionele lithium-ionbatterij beschadigd raakt, kan deze kortsluiten en snel heet worden – alsof deze hoger is dan 800 °C. Dit zorgt ervoor dat de vloeibare elektrolyt aangrenzende cellen opwarmt en mogelijk brand veroorzaakt.
Er is nog een ander voordeel aan deze batterij, en dit zal bestuurders van elektrische voertuigen erg blij maken: het duurt slechts 10 minuten om 80 procent van de lading te bereiken in elektrische voertuigen die door deze batterijen worden aangedreven, schat Rustomji. Dit komt omdat het vloeibaar gemaakte gas een lagere viscositeit heeft dan de op carbonaat gebaseerde elektrolyt, waardoor het lithiumzout sneller van de ene elektrode naar de andere kan bewegen, waardoor de tijd die nodig is om de batterij op te laden wordt verkort.
De nieuwste verbetering van South 8 is een hoogspanningskathode die de materiaalkosten verlaagt en snel opladen tot 5 minuten mogelijk maakt voor een volledige lading. “We hebben een wereldrecord voor een kathode met hoge spanning en lage temperatuur”, zegt Rustomji.
Vloeistofkoeling lekt niet naar de servers
Chilldyne garandeert dat zijn vloeistofkoelsysteem niet zal lekken, zelfs niet als de leidingen kapot gaan IEEE-spectrum redacteur Emily Waltz demonstreert op de ARPA-E Energy Innovation Summit 2024. Emily Waltz
Datacenters hebben serieuze koelingstechnologieën nodig om te voorkomen dat servers oververhit raken, en soms is airconditioning gewoon niet genoeg. Sterker nog, de nieuwste Blackwell-chips van Nvidia vereisen vloeistofkoeling, wat energiezuiniger is dan lucht. Maar vloeistofkoeling maakt exploitanten van datacenters vaak zenuwachtig. “Een bom zal niet zoveel schade aanrichten als een lekkend vloeistofkoelsysteem”, zegt Steve Harrington, CEO van Chilldyne. Zijn bedrijf, gevestigd in Carlsbad, Californië, biedt vloeistofkoeling die gegarandeerd niet lekt, zelfs als de koelvloeistofleidingen doormidden worden gesneden. (Ze maken geen grapje: Chilldyne bracht een bijl mee naar zijn ARPA-E-demo en liet los Spectrum probeer het. Kijk hoe de blauwe koelvloeistof onmiddellijk uit de leiding verdwijnt nadat deze is versnipperd.)
Chilldyne
Het systeem is lekvrij omdat het onderdruksysteem van Chilldyne de koelvloeistof als een vacuüm door de leidingen trekt in plaats van duwt. Leidingen slingeren door de servers, absorberen warmte via de koude platen en voeren de verwarmde vloeistof terug naar reservoirs in de koeleenheid. Deze unit transporteert de warmte naar buiten en levert de gekoelde vloeistof terug aan de server. Als ergens in het koelcircuit een onderdeel uitvalt, wordt de vloeistof onmiddellijk terug in de tanks gezogen voordat deze kan weglekken. Sleutel tot de technologie: koude platen met lage thermische weerstand die zijn bevestigd aan de processors van elke server, zoals de CPU of GPU. De koude platen absorberen warmte door convectie, waardoor de warmte wordt overgedragen naar de koelmiddelleiding die er doorheen gaat. Chilldyne optimaliseerde de koude plaat door gebruik te maken van kurkentrekkervormige metalen kanalen, turbulatoren genoemd, die water ronddrijven “als een kleine tornado”, waardoor de geabsorbeerde warmte wordt gemaximaliseerd, zegt Harrington. Het bedrijf ontwikkelde de koude plaat onder een ARPA-E-subsidie en meet nu de energiebesparingen van vloeistofkoeling via het ARPA-E-programma.
Geborgen mijnafval legt ook CO vast2
Phoenix Tailings Senior Wetenschapper Rita Silbernagel legt uit hoe mijnafval nuttige metalen en zeldzame aardelementen bevat en ook kan worden gebruikt als opslagplaats voor kooldioxide.Emily Waltz
Mijnbouw laat stapels afval achter nadat commercieel levensvatbaar materiaal is gewonnen. Dit afval, bekend als residuen, kan zeldzame aardelementen en waardevolle metalen bevatten die te moeilijk te winnen zijn met conventionele mijnbouwtechnieken. Phoenix Tailings – een startup gevestigd in Woburn, Massachusetts – haalt metalen en zeldzame aardelementen uit residuen in een proces dat geen afval achterlaat en geen directe uitstoot van kooldioxide veroorzaakt. Het proces van het bedrijf begint met een hydrometallurgische behandeling waarbij de zeldzame aardmetalen worden gescheiden van de residuen, die ijzer, aluminium en andere veel voorkomende elementen bevatten. Vervolgens gebruikt het bedrijf een nieuwe oplosmiddelextractiemethode om de zeldzame aardmetalen van elkaar te scheiden en het gewenste element in oxidevorm te zuiveren. Het zeldzame aardoxide ondergaat vervolgens een gesmolten zout-elektrolyseproces dat het in een vaste metaalvorm verandert. Phoenix Tailings richt zich op de extractie van neodymium, neodymium-praseodymium-legeringen, dysprosium en ferro-dysprosium-legeringen, zeldzame aardmetalen die worden gebruikt in permanente magneten voor elektrische voertuigen, windturbines, straalmotoren en andere toepassingen. Het bedrijf evalueert verschillende locaties voor residuen in de Verenigde Staten, waaronder de staat New York.
Het bedrijf heeft ook een proces ontwikkeld om metalen zoals nikkel, koper en kobalt uit mijnbouwafval te extraheren en tegelijkertijd kooldioxide vast te leggen. De aanpak omvat CO-injectie2 in de residuen, waar het reageert met mineralen en deze omzet in carbonaten – verbindingen die het carbonaation bevatten, dat drie zuurstofatoom en één koolstofatoom. Na het minerale carbonatatieproces worden nikkel of andere metalen selectief uit het mengsel uitgeloogd, wat nikkel van hoge kwaliteit oplevert dat kan worden gebruikt in de EV-batterij- en roestvrij staalindustrie.
Sterker nog, dit hele proces absorbeert meer CO2, zegt Rita Silbernagel, senior onderzoeker bij Phoenix Tailings2 dan het uitstraalt.
Hydrokinetische turbines: een nieuw bedrijfsmodel
Emrgy past de hoogte van zijn hydrokinetische turbines aan op de ARPA-E Energy Innovation Summit 2024. Het bedrijf is van plan ze in oude irrigatiekanalen te installeren om hernieuwbare energie en nieuwe inkomstenbronnen voor plattelandsgemeenschappen te genereren.Emily Waltz
Deze hydrokinetische turbines werken in irrigatiekanalen en genereren elektriciteit en inkomsten voor plattelandsgemeenschappen. De turbines, ontwikkeld door Emrgy in Atlanta, kunnen de hoogte en spoed van de bladen veranderen, afhankelijk van de waterstroom. Het bedrijf is van plan ze in irrigatiekanalen te plaatsen die zijn aangelegd om water uit de smeltende sneeuw in de Rocky Mountains naar landbouwgebieden in het westen van de Verenigde Staten te brengen. Emrgy schat dat er meer dan 160.000 kilometer van deze waterwegen in het land zijn. Het systeem veroudert en verliest water, maar het is voor waterdistricten moeilijk om de kosten voor het repareren ervan te rechtvaardigen, zegt Tom Cuthbert, hoofd technologie bij Emrgy. De oplossing van het bedrijf is om zijn hydrokinetische turbines op deze waterwegen te plaatsen als een manier om hernieuwbare elektriciteit op te wekken en te betalen voor de upgrades van irrigatiekanalen.
Het concept van het plaatsen van hydrokinetische turbines in waterwegen is niet nieuw, maar tot voor kort was het aansluiten ervan op het elektriciteitsnet niet praktisch. De timing van Emrgy maakt gebruik van de fundamenten die door de zonne-energie-industrie zijn gelegd. Het bedrijf heeft vijf proefprojecten in de maak in de Verenigde Staten en Nieuw-Zeeland. “We hebben ontdekt dat de bestaande waterinfrastructuur een grotendeels over het hoofd gezien vastgoedsegment is dat rijp is voor de ontwikkeling van hernieuwbare energie”, zegt Emily Morris, CEO en oprichter van Emrgy.
Water onder druk slaat energie diep onder de grond op
Quidnet Energy bracht de put naar de ARPA-E Energy Innovation Summit 2024 om zijn geo-engineered energieopslagsysteem te demonstreren.Emily Waltz
Quidnet Energy bracht een hele put naar de ARPA-E-top om zijn ondergrondse pompwateropslagtechniek te demonstreren. Het geo-engineered systeem van het in Houston gevestigde bedrijf slaat energie diep onder de grond op als water onder druk. Het bestaat uit een oppervlaktebekken, een diepe put, een ondergronds reservoir aan het einde van de put en een pompsysteem dat water onder druk van het meer naar het ondergrondse reservoir en terug verplaatst. Het ontwerp vereist geen hoogteverschil zoals bij een traditioneel opgeslagen waterkrachtcentrale.
Het systeem van Quidnet bestaat uit een oppervlaktebekken, een diepe put, een ondergronds reservoir aan het einde van de put en een pompsysteem dat water onder druk van het meer naar het ondergrondse reservoir en terug verplaatst.Quidnet-energie
Het werkt als volgt: elektriciteit uit hernieuwbare bronnen drijft een pomp aan die water van een oppervlaktemeer naar een bron stuurt en naar een put van ongeveer 300 meter diep. Aan het einde van de put stroomt de druk van het opgepompte water in een eerder aangelegde scheur in de rots, waardoor een honderden meters breed reservoir ontstaat dat rust onder het gewicht van de hele rotskolom erboven, zegt Bunker Hill, Lt. technisch directeur bij Quidnet. De putmond wordt vervolgens afgesloten en het water blijft onder hoge druk staan, waardoor de energie die in het reservoir is opgeslagen indien nodig dagenlang wordt vastgehouden. Wanneer elektriciteit nodig is, wordt de put geopend, waardoor water onder druk in dezelfde put kan stromen. Bovengronds stroomt het water door een hydro-elektrische turbine, die 2 tot 8 megawatt elektriciteit opwekt. Het verbruikte water wordt vervolgens teruggevoerd naar het oppervlaktemeer, klaar voor de volgende cyclus. “Het moeilijkste is ervoor te zorgen dat het ondergrondse reservoir geen water verliest”, zegt Hill. Daartoe heeft het bedrijf op maat gemaakte afdichtingsoplossingen ontwikkeld die in de breuk worden geïnjecteerd en vervolgens in water worden afgedicht.
Uit artikelen op uw website
Gerelateerde artikelen op internet