کجا میتوانید لیزرها، گیتارهای الکتریکی و قفسههای پر از باتریهای جدید را، همه در یک اتاق بزرگ پیدا کنید؟ این هفته، پاسخ این سوال، اجلاس نوآوری انرژی ARPA-E سال ۲۰۲۵ در حومه واشنگتن دی سی بود.
نوآوری در انرژی میتواند اشکال مختلفی داشته باشد و تنوع در تحقیقات انرژی در این اجلاس به نمایش گذاشته شده بود. ARPA-E، بخشی از وزارت انرژی ایالات متحده، بودجهای را برای پروژههای تحقیقاتی پرخطر و پربازده فراهم میکند. این اجلاس پروژههایی را که توسط این آژانس تامین مالی شدهاند، به همراه سرمایهگذاران، سیاستگذاران و روزنامهنگاران جمعآوری میکند.
صدها پروژه در یک سالن بزرگ در طول کنفرانس به نمایش گذاشته شدند که شامل نمایشها و نتایج تحقیقات بود. در اینجا چهار مورد از جالبترین نوآوریهایی که MIT Technology Review در این محل مشاهده کرد، آورده شده است:
فولاد ساخته شده با لیزر
استارتآپ لایملایت استیل (Limelight Steel) فرآیندی را برای تولید آهن، جزء اصلی فولاد، با استفاده از لیزرها برای گرم کردن سنگ آهن تا دماهای فوقالعاده بالا، توسعه داده است.
تولید فولاد تقریباً ۸٪ از انتشار گازهای گلخانهای جهانی را امروز تشکیل میدهد، که بخشی از آن به این دلیل است که بیشتر فولاد هنوز با کورههای بلند ساخته میشود که برای رسیدن به دماهای بالا که واکنشهای شیمیایی مورد نیاز را آغاز میکنند، به زغال سنگ متکی هستند.
لایملایت به جای آن، لیزرها را روی سنگ آهن میتاباند و آن را تا دمای بیش از ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد گرم میکند. سپس آهن مذاب را میتوان از ناخالصیها جدا کرد و آهن را میتوان از طریق فرآیندهای موجود برای تولید فولاد عبور داد.
این شرکت یک سیستم نمایشی کوچک با قدرت لیزر حدود ۱.۵ کیلووات ساخته است که میتواند بین ۱۰ تا ۲۰ گرم سنگ معدن را پردازش کند. کل سیستم از ۱۶ آرایه لیزری تشکیل شده است که هر کدام کمی بزرگتر از یک تمبر پستی هستند.
اندرو ژائو، یکی از بنیانگذاران و مدیر ارشد فناوری این شرکت میگوید، قطعات موجود در سیستم نمایشی به صورت تجاری در دسترس هستند. این نوع لیزر خاص در پروژکتورها استفاده میشود. این استارتآپ از سالها پیشرفت در صنعت مخابرات بهرهمند شده است که به کاهش هزینه لیزرها کمک کرده است.
گام بعدی ساخت یک سیستم در مقیاس بزرگتر است که از ۱۵۰ کیلووات قدرت لیزر استفاده میکند و میتواند تا ۱۰۰ تن فولاد در طول یک سال تولید کند.
تکههای سنگ در غرفهای که توسط MIT میزبانی میشد، ممکن است چندان پر زرق و برق به نظر نرسند، اما روزی میتوانند به تولید سوخت و مواد شیمیایی کمک کنند.
یکی از موضوعات اصلی گفتگو در اجلاس ARPA-E، هیدروژن زمینشناسی بود—هیجان زیادی در مورد تلاشها برای یافتن ذخایر زیرزمینی گاز وجود دارد که میتواند به عنوان سوخت در طیف گستردهای از صنایع، از جمله حمل و نقل و صنایع سنگین استفاده شود.
سال گذشته، ARPA-E تعدادی از پروژهها را در این زمینه تامین مالی کرد، از جمله پروژهای در آزمایشگاه ایونتم آبیت در MIT. آبیت از جمله محققانی است که نه تنها قصد دارند به دنبال هیدروژن بگردند، بلکه در واقع از شرایط زیرزمینی برای کمک به تولید آن استفاده کنند. در اوایل سال جاری، تیم او تحقیقاتی را منتشر کرد که نشان میداد دانشمندان با استفاده از کاتالیزورها و شرایط رایج در زیرسطح، میتوانند هیدروژن و همچنین سایر مواد شیمیایی مانند آمونیاک را تولید کنند. آبیت یک شرکت اسپینآوت به نام ادیس انرژی (Addis Energy) را برای تجاریسازی این تحقیقات تاسیس کرد که از آن زمان نیز بودجه ARPA-E را دریافت کرده است.
همه سنگهای روی میز، از تکه بازالت تیره و سخت گرفته تا تالک نرمتر، میتوانند برای تولید این مواد شیمیایی استفاده شوند.
صدای موسیقی از غرفه نیرون مگنتیکس (Niron Magnetics) در سراسر گذرگاههای مجاور پخش میشد. افرادی که از آنجا عبور میکردند، میایستادند تا به نوبت آهنرباهای این شرکت را در قالب یک گیتار الکتریکی آزمایش کنند.
اکثر آهنرباهای پرقدرت امروزی حاوی نئودیمیم هستند—تقاضا برای آنها در سالهای آینده افزایش خواهد یافت، به ویژه زمانی که جهان خودروهای الکتریکی و توربینهای بادی بیشتری میسازد. منابع میتوانند کمیاب شوند و ژئوپلیتیک پیچیده است زیرا بیشتر عرضه از چین میآید.
نیرون آهنرباهای جدیدی میسازد که حاوی فلزات خاکی کمیاب نیستند. در عوض، فناوری نیرون مبتنی بر مواد فراوانتر است: نیتروژن و آهن.
گیتار یک محصول نمایشی است—امروزه، آهنرباهای گیتارهای الکتریکی معمولاً حاوی آهنرباهای مبتنی بر آلومینیوم، نیکل و کبالت هستند که به ترجمه ارتعاشات سیمهای فولادی به یک سیگنال الکتریکی که از طریق یک تقویتکننده پخش میشود، کمک میکنند. نیرون ابزاری با استفاده از آهنرباهای نیترید آهن خود ساخت. (عکسهای گیتار از رویدادی در سال گذشته را در اینجا ببینید.)
نیرون یک مرکز تجاری آزمایشی را در اواخر سال ۲۰۲۴ افتتاح کرد که ظرفیت تولید سالانه ۱۰ تن آهنربا را دارد. از زمانی که آخرین بار نیرون را پوشش دادیم، در اوایل سال ۲۰۲۴، این شرکت برنامههایی را برای یک کارخانه تمام عیار اعلام کرده است که پس از راهاندازی کامل، ظرفیت سالانه حدود ۱۵۰۰ تن آهنربا را خواهد داشت.
افزایش تقاضای برق از هوش مصنوعی و مراکز داده یکی دیگر از موضوعات داغ در این اجلاس بود، با قفسههای سرور که کف نمایشگاه را برای نمایش فناوریهای هدفمند در این بخش پر کرده بودند. یکی پر از باتری توجه من را به خود جلب کرد، با حسن نیت ناترون انرژی (Natron Energy).
این شرکت باتریهای سدیم-یون را برای کمک به تامین تقاضای برق از مراکز داده میسازد.
تقاضای انرژی مراکز داده میتواند فوقالعاده متغیر باشد—و با افزایش نیازهای کلی برق آنها، این نوسانات میتواند بر شبکه تاثیر بگذارد. کالین وسلز، یکی از بنیانگذاران و مدیر ارشد فناوری ناترون میگوید، باتریهای سدیم-یون ناترون را میتوان در این تاسیسات نصب کرد تا به کاهش بزرگترین پیکها کمک کند و به تجهیزات محاسباتی اجازه میدهد بدون تحمیل بار اضافی بر شبکه، به طور کامل کار کنند.
باتریهای سدیم-یون جایگزین ارزانتری برای شیمیهای مبتنی بر لیتیوم هستند. آنها همچنین بدون لیتیوم، کبالت و نیکل، موادی که در تولید یا فرآوری محدود هستند، ساخته میشوند. ما شاهد ظهور برخی از انواع باتریهای سدیم-یون در خودروهای الکتریکی در چین هستیم.
ناترون سال گذشته یک خط تولید در میشیگان افتتاح کرد و این شرکت قصد دارد یک کارخانه ۱.۴ میلیارد دلاری در کارولینای شمالی افتتاح کند.