Esta nova geração de gerador pode funcionar com quase qualquer combustível

Jul 04, 2023

O gerador linear da mola principal pode acelerar a transição para uma rede elétrica de carbono zero

Os técnicos trabalham na estrutura de um núcleo de gerador linear.

É janeiro de 2030 e sua bomba de calor elétrica está aquecendo a casa enquanto seu carro elétrico carrega na garagem, tudo alimentado por painéis solares em seu telhado e por geradores eólicos e solares em sua concessionária local. Não importa se está chovendo há duas semanas porque sua utilidade está consumindo amônia produzida com o sol do último verão. Está consumindo aquela amônia em um gerador linear.

O gerador linear pode alternar rapidamente entre diferentes tipos de combustível verde (e não tão verde, se necessário), incluindo biogás, amônia e hidrogênio. Tem o potencial de tornar o sistema de energia descarbonizado disponível, confiável e resiliente contra os caprichos do clima e do abastecimento de combustível. E não é uma fantasia; ele foi desenvolvido, testado e implantado comercialmente.

Os cofundadores da Mainspring Energy, da qual sou um, passaram 14 anos desenvolvendo essa tecnologia e, em 2020, começamos a lançá-la comercialmente. Atualmente está instalado em dezenas de locais, produzindo de 230 a 460 quilowatts em cada um. Esperamos que geradores lineares em muitos outros locais entrem em operação no próximo ano.

A história do gerador linear começou há quase duas décadas no Laboratório de Sistemas Avançados de Energia da Universidade de Stanford, quando o professor de engenharia mecânica Christopher Edwards perguntou a alguns de nós, Ph.D. aos alunos uma pergunta simples: "Qual é a maneira mais eficiente e prática possível de converter energia de ligação química em trabalho útil?"

Começámos por considerar as células de combustível, uma vez que podem ser muito eficientes. Mas as células de combustível usam catalisadores para desencadear as reações químicas que liberam energia, e os catalisadores geralmente custam muito, degradam com o tempo e respondem mal a mudanças rápidas na carga. Então começamos a procurar uma alternativa.

Sabíamos que poderíamos desencadear a liberação de energia simplesmente comprimindo uma mistura de ar e combustível. Veja como isso funcionaria.

A reação eficiente, limpa e sem chamas no coração do gerador de mola principal funciona com praticamente qualquer combustível, incluindo amônia livre de carbono, conforme mostrado aqui. A amônia reage com o oxigênio do ar para produzir gás nitrogênio e água, e a força resultante empurra as paredes da caixa. Mola principal

Primeiro, o combustível e o ar entram em uma câmara fechada com paredes móveis nas extremidades. Em seguida, essas paredes finais se movem uma em direção à outra, comprimindo a mistura de combustível e ar. À medida que isso acontece, as moléculas dentro da mistura colidem cada vez mais rápido, até que finalmente se quebram e se transformam em moléculas diferentes, liberando a energia armazenada em suas ligações químicas. Essa energia faz com que as novas moléculas colidam ainda mais rápido e com mais frequência, não apenas consigo mesmas, mas também com as paredes da câmara, aumentando a pressão na câmara. Tudo acontece sem uma faísca ou qualquer outra fonte de ignição.

A pressão empurra as paredes para fora com mais força do que a necessária para empurrá-las para dentro no início do ciclo. Quando essas paredes atingem sua posição inicial e a pressão dentro da câmara volta ao seu estado inicial, um novo lote de combustível e ar flui, empurrando as moléculas criadas pelo ciclo anterior para fora da câmara e iniciando todo o processo. Essa é a teoria. Para testar, construímos em 2008 um aparelho capaz de comprimir um volume 100 vezes maior que o valor inicial e depois expandir novamente. Usamos um tubo de metal de dois metros de comprimento e 50 milímetros de diâmetro, com uma parede fechada em uma extremidade e uma bala de metal como parede móvel. Esse arranjo funciona como um pistão que comprime um gás dentro de um cilindro em um motor, embora seja aí que as semelhanças terminam - o "pistão" em nosso dispositivo não estava preso a um virabrequim ou a nada. Discutirei daqui a pouco as limitações desse tipo de arquitetura de motor para esse tipo de reação e como as resolvemos com um novo tipo de máquina. Mas foi um bom lugar para começar.