Questa nuova generazione di generatori può funzionare con quasi tutti i combustibili

Jul 04, 2023

Il generatore lineare di Mainspring potrebbe accelerare la transizione verso una rete elettrica a zero emissioni di carbonio

I tecnici lavorano sul telaio del nucleo di un generatore lineare.

È il gennaio 2030 e la tua pompa di calore elettrica riscalda la casa mentre la tua auto elettrica si carica nel garage, il tutto alimentato da pannelli solari sul tetto e da generatori eolici e solari presso la tua azienda locale. Non importa che piova da due settimane perché la tua utenza sta attingendo all'ammoniaca prodotta con il sole della scorsa estate. Sta consumando quell'ammoniaca in un generatore lineare.

Il generatore lineare può passare rapidamente tra diversi tipi di carburante verde (e non così verde, se necessario), tra cui biogas, ammoniaca e idrogeno. Ha il potenziale per rendere il sistema energetico decarbonizzato disponibile, affidabile e resistente ai capricci del clima e delle forniture di carburante. E non è una fantasia; è stato sviluppato, testato e distribuito commercialmente.

I cofondatori di Mainspring Energy, di cui faccio parte, hanno trascorso 14 anni a sviluppare questa tecnologia e nel 2020 abbiamo iniziato a lanciarla commercialmente. Attualmente è installato in decine di siti, producendo ciascuno da 230 a 460 kilowatt. Prevediamo che i generatori lineari in molte altre località entreranno in funzione entro il prossimo anno.

La storia del generatore lineare è iniziata quasi vent'anni fa presso l'Advanced Energy Systems Laboratory dell'Università di Stanford, quando il professore di ingegneria meccanica Christopher Edwards chiese ad alcuni di noi dottorandi. agli studenti una semplice domanda: "Qual è il modo più efficiente e pratico possibile per convertire l'energia dei legami chimici in lavoro utile?"

Abbiamo iniziato considerando le celle a combustibile, poiché possono essere molto efficienti. Ma le celle a combustibile utilizzano catalizzatori per innescare le reazioni chimiche che rilasciano energia, e i catalizzatori in genere costano molto, si degradano nel tempo e rispondono male ai rapidi cambiamenti di carico. Quindi abbiamo iniziato a cercare un'alternativa.

Sapevamo che potevamo innescare il rilascio di energia semplicemente comprimendo una miscela di aria e carburante. Ecco come funzionerebbe.

La reazione efficiente, pulita e senza fiamma nel cuore del generatore Mainspring funziona con quasi tutti i combustibili, compresa l'ammoniaca priva di carbonio, come mostrato qui. L'ammoniaca reagisce con l'ossigeno dell'aria per produrre azoto e acqua, e la forza risultante spinge contro le pareti della scatola. Molla principale

Innanzitutto, il carburante e l'aria entrano in una camera chiusa con pareti terminali mobili. Successivamente, le pareti terminali si muovono l'una verso l'altra, comprimendo la miscela di carburante e aria. Quando ciò accade, le molecole all'interno della miscela si scontrano sempre più velocemente, finché alla fine si dividono e si riformano in molecole diverse, rilasciando l'energia immagazzinata nei loro legami chimici. Quell’energia fa sì che le nuove molecole si scontrino ancora più velocemente e più spesso, non solo con se stesse ma anche con le pareti della camera, aumentando la pressione nella camera. Tutto avviene senza scintilla o qualsiasi altra fonte di accensione.

La pressione spinge le pareti verso l'esterno con una forza maggiore di quella necessaria per spingerle verso l'interno all'inizio del ciclo. Una volta che queste pareti raggiungono la loro posizione iniziale e la pressione all'interno della camera ritorna al suo stato iniziale, un nuovo lotto di carburante e aria fluisce all'interno, spingendo le molecole create dal ciclo precedente fuori dalla camera e riavviando il processo da capo. Questa è la teoria. Per testarlo, nel 2008 abbiamo costruito un apparato in grado di comprimere un volume 100 volte quello iniziale, per poi espandersi nuovamente. Abbiamo utilizzato un tubo di metallo lungo due metri e con un diametro di 50 millimetri, con una parete chiusa su un'estremità e un pezzo di metallo come parete mobile. Questa disposizione funziona come un pistone che comprime un gas all'interno di un cilindro di un motore, anche se le somiglianze finiscono qui: il "pistone" nel nostro dispositivo non era collegato a un albero a gomiti o a qualsiasi altra cosa. Tra poco parlerò dei limiti di questo tipo di architettura del motore per questo tipo di reazione e di come li abbiamo risolti con un nuovo tipo di macchina. Ma era un buon punto di partenza.