آیا «فاوند انرژی» انقلاب سوخت آلومینیومی را رقم خواهد زد؟
گودارت بنیان‌گذار و مدیرعامل شرکت نوپای «فاوند انرژی» (Found Energy) در بوستون است؛ شرکتی که هدفش استفاده از انرژی موجود در ضایعات فلز آلومینیوم برای تامین انرژی فرآیندهای صنعتی بدون نیاز به سوخت‌های فسیلی است. از سال ۲۰۲۲، این شرکت روی توسعه روش‌هایی برای آزادسازی سریع انرژی از آلومینیوم در مقیاس کوچک کار کرده است. اکنون آنها نسخه‌ای بسیار بزرگ‌تر از موتور مبتنی بر آلومینیوم خود را راه‌اندازی کرده‌اند؛ موتوری که گودارت ادعا می‌کند بزرگ‌ترین رآکتور آلومینیوم-آب ساخته‌شده تاکنون است.
اوایل سال آینده، این سامانه در یک کارخانه تولید ابزار در جنوب شرقی ایالات متحده نصب خواهد شد تا گرما و هیدروژن مورد نیاز را تامین کند. آن هم با استفاده از ضایعات آلومینیومی که خود کارخانه تولید می‌کند. اگر همه چیز طبق برنامه پیش برود، این تکنولوژی که با استفاده از یک کاتالیزور، انرژی ذخیره‌شده در فلز آلومینیوم را آزاد می‌کند، می‌تواند بخش فزاینده‌ای از ضایعات آلومینیوم را به یک سوخت بدون کربن تبدیل کند.
گرمای زیادی که این موتور تولید می‌کند، به‌ویژه برای کاهش انتشار چشم‌گیر گازهای گلخانه‌ای در فرآیندهای صنعتی مانند تولید سیمان و پالایش فلزات مفید خواهد بود؛ فرآیندهایی که تامین انرژی آنها با برق به‌طور مستقیم دشوار است.
مهندسان مدت‌هاست که به استفاده از آلومینیوم به‌عنوان سوخت علاقه‌مند شده‌اند، چرا که چگالی انرژی بسیار بالایی دارد. فلز آلومینیوم پس از پالایش و استخراج از سنگ معدن، بیش از دو برابر سوخت دیزل، (بر حسب حجم) و تقریبا هشت برابر بیشتر از گاز هیدروژن انرژی دارد. زمانی که آلومینیوم با اکسیژن موجود در آب یا هوا واکنش می‌دهد، اکسیدهای آلومینیوم تولید می‌شوند. این واکنش گرما و گاز هیدروژن آزاد می‌کند که می‌توان از آن برای تولید انرژی بدون کربن استفاده کرد.
فلز مایع
مشکل استفاده از آلومینیوم به‌عنوان سوخت این است که به‌محض شروع واکنش، لایه‌ای اکسیدشده روی سطح فلز تشکیل می‌شود که مانع ادامه واکنش در بقیه فلز می‌شود. مثل آتشی است که خودش را خاموش می‌کند چون در حین سوختن خاکستر تولید می‌کند. گودارت می‌گوید: «خیلی‌ها این ایده را امتحان کرده‌اند و بارها و بارها کنار گذاشتند.»
برخی معتقدند استفاده از آلومینیوم به‌عنوان سوخت همچنان کاری بیهوده است. جف اسکامنس، متالورژیست دانشگاه برونل لندن که در دهه ۱۹۸۰ یک دهه از عمر خود را صرف تحقیق درباره استفاده از آلومینیوم برای تامین انرژی خودروها کرده، می‌گوید: «این کاربرد بالقوه آلومینیوم هر چند سال یک‌بار مطرح می‌شود، اما حتی اگر از ضایعات آلومینیوم به‌عنوان منبع سوخت استفاده شود، هیچ شانسی برای موفقیت ندارد.»
او معتقد است واکنش آلومینیوم با آب به‌اندازه‌ای کارآمد نیست که بتوان آن را به‌عنوان سوخت منطقی در نظر گرفت، به‌ویژه با توجه به انرژی زیادی که برای پالایش و ذوب آلومینیوم از سنگ معدن لازم است: «یک ایده دیوانه‌وار همیشه یک ایده دیوانه‌وار باقی می‌ماند.»
اما گودارت معتقد است او و شرکتش راهی برای عملی کردن این ایده پیدا کرده‌اند. او می‌گوید: «پیشرفت واقعی این بود که به کاتالیز به شکل متفاوتی فکر کردیم.» آنها به‌جای آنکه تلاش کنند با نزدیک کردن آب و آلومینیوم به یک کاتالیزور، واکنش را تسریع کنند، جهت کار را برعکس کردند و ماده‌ای پیدا کردند که واقعا می‌شد در آلومینیوم حلش کرد.
گودارت می‌گوید: کاتالیزور فلز مایعی که در قلب تکنولوژی این شرکت قرار دارد، «در ساختار میکروسکوپی آلومینیوم نفوذ می‌کند.» هنگامی که آلومینیوم با آب واکنش می‌دهد، این کاتالیزور باعث می‌شود فلز کف کند و ترک بردارد، و در نتیجه بخش‌های بیشتری از آلومینیوم واکنش‌نداده در معرض آب قرار بگیرد.
ترکیب دقیق این کاتالیزور محرمانه است، اما گودارت می‌گوید که این ماده «فلز مایعی با نقطه ذوب پایین است که جیوه نیست.»
از قمر مشتری تا زمین
گودارت زمانی که دانشمند ناسا بود، برای نخستین بار به روش‌های نوین آزادسازی انرژی ذخیره‌شده در آلومینیوم فکر کرد. او مشغول طراحی روبات‌هایی از جنس آلومینیوم بود که هنگام حرکت روی قمر یخی مشتری، بتوانند خودشان را به‌عنوان سوخت مصرف کنند. اما کنگره آمریکا بودجه این ماموریت را کاهش داد و پروژه متوقف شد.
گودارت می‌گوید: «با یک بحران کوچک مواجه شدم. با خودم می‌گفتم باید کاری برای تغییرات اقلیمی و مشکلات زمین انجام بدهم. بعد با خودم گفتم، شرط می‌بندم این تکنولوژی آلومینیومی برای کاربردهای زمینی حتی بهتر هم خواهد بود.» او پس از تکمیل پایان‌نامه‌اش درباره سوخت‌های آلومینیومی در دانشگاه MIT، در سال ۲۰۲۲ شرکت فاوند انرژی را در خانه‌اش در کمبریج راه‌اندازی کرد.
سال بعد نیز نامش در فهرست سالانه «۳۵ نوآور زیر ۳۵ سال» مجله MIT قرار گرفت. تا همین امسال، این شرکت در مقیاسی بسیار کوچک فعالیت می‌کرد و با اصلاح کاتالیزور و آزمایش شرایط مختلف در یک رآکتور ۱۰ کیلوواتی کوچک، تلاش می‌کرد واکنش را به‌گونه‌ای تنظیم کند که گرما و هیدروژن بیشتری با سرعت بالاتری آزاد شود. سپس در ماه ژانویه، طراحی موتوری را آغاز کرد که ۱۰ برابر بزرگ‌تر است و می‌تواند مقدار قابل‌توجهی انرژی برای فرآیندهای صنعتی خارج از محیط آزمایشگاه تامین کند.
این شرکت نخستین بار در ماه ژوئیه موتور خود را برای آغاز آزمایش‌ها روشن کرد. در ماه سپتامبر، موفق شد آن را تا توان هدف‌گذاری‌شده ۱۰۰ کیلووات راه‌اندازی کند؛ تقریبا معادل توانی که موتور دیزل یک وانت کوچک تامین می‌کند. فاوند انرژی برنامه دارد در اوایل سال ۲۰۲۶، این موتور ۱۰۰ کیلوواتی را در کارخانه تولید ابزار نصب کند تا گرما و هیدروژن مورد نیاز را تامین کند. در پروژه آزمایشی اولیه، قرار است این موتور بخار داغ و گاز هیدروژن تولید کند. اما طبق گفته‌های گودارت، انرژی آزادشده در رآکتور می‌تواند در دماهای مختلف برای کاربردهای گوناگون مورد استفاده قرار گیرد.
جمع‌آوری ضایعات
گودارت می‌گوید او و همکارانش امیدوارند که این موتور در نهایت بتواند انرژی مورد نیاز بسیاری از فرآیندهای صنعتی را تامین کند، اما هدف اولیه شرکت، صنعت پالایش و بازیافت آلومینیوم است، چرا که این صنعت از اول با زنجیره‌های تامین ضایعات فلزی و اکسید آلومینیوم سروکار دارد. او می‌گوید: «بازیافت‌کننده‌های آلومینیوم سراغ ما آمده‌اند و از ما می‌خواهند ضایعاتی را که بازیافت آنها دشوار است، به گرمای پاکی تبدیل کنیم که با آن بتوانند دوباره آلومینیوم را جذب کنند. آنها به‌شدت خواهان این هستند که این تکنولوژی را اجرایی کنیم.»
برآوردهای موسسه بین‌المللی آلومینیوم نشان می‌دهد که در سطح جهانی، سالانه کمی بیش از ۳میلیون تن آلومینیوم جمع‌آوری‌شده برای بازیافت، در نهایت بازیافت نمی‌شود. و حدود ۹میلیون تن دیگر اصلا جمع‌آوری نمی‌شود یا همراه با سایر زباله‌ها سوزانده می‌شود. مجموع این دو رقم، کمی کمتر از یک‌سوم کل ۴۳میلیون تن ضایعات آلومینیومی است که هر سال بازیافت می‌شود.
حتی اگر تمام آن ضایعات آلومینیومی استفاده‌نشده برای تولید سوخت بازیابی شود، باز هم تنها بخش کوچکی از تقاضای صنعتی برای گرما را تامین خواهد کرد — چه برسد به کل تقاضای صنعتی برای انرژی. اما هدف این نیست که فقط به ضایعات موجود محدود بمانند. گودارت می‌گوید امید آنها این است که در نهایت بتوانند هیدروکسید آلومینیومی را که از رآکتور خارج می‌شود، با استفاده از برق پاک دوباره به فلز آلومینیوم تبدیل و مجددا آن را وارد چرخه واکنش کنند.
