Geçmişten Gelen Teknoloji – Ateş Tuğlaları

Ateş Tuğlaları, karbon içermeyen enerji için düşük maliyetli bir depolama alanı sunuyor, Bu eski teknoloji ürünü ateş tuğlaları, yenilenebilir enerji için elektrik fiyatlarını düşürebilir.

Yüksek ısıya dayanacak şekilde tasarlanmış ateş tuğlaları, Hititler döneminden bu yana en az 3000 yıllık teknolojik araçlarımızın bir parçasıydı. Şimdi, MIT araştırmacılarından gelen bir öneri, bu eski buluşun dünyanın fosil yakıtlardan uzaklaşmasını ve bunun yerine karbon içermeyen enerji kaynaklarından yararlanmanın kilit bir rol oynayabileceğini gösteriyor

Araştırmacıların düşüncesine göre, talebin düşük olduğu zamanlarda üretilen fazla elektriği kullanmanın kilit bir öneme sahip olması. örneğin; rüzgar santrallerinde gece güçlü rüzgarlar estiği durumlarda, elektrik enerjisini ısıya dönüştüren elektrik dirençli ısıtıcılar kullanılabilir.

Bu cihazlar, yalıtılmış bir muhafaza içerisine konurlarsa, ısı kaybını uzun süre koruyabilen büyük bir ateş tuğlasını ısıtmak için talep  fazlası elektriği kullanabilirler. Daha sonrasında, ısı endüstriyel prosesler için doğrudan kullanılabilir ya da enerji gerektiği durumlarda da onu elektriğe dönüştürecek jeneratörleri besleyebilirler.

MIT’nin Nükleer Bilim ve Mühendislik Bölümü’nden bir araştırmacı bilim adamı olan ve ateş tuğlaları konusunda bir araştırma makalesi kaleme alan  Charles Forsberg: “Teknolojik olarak bu sistem 1920’lerde geliştirilmiş olabilirdi, ancak o zamanlar için bir pazar yoktu” diyor .

Forsberg, ABD ve çoğu sanayileşmiş bölgedeki endüstriyel ısı talebinin toplam elektrik talebinden daha büyük olduğuna dikkat çekiyor. Elektrik talebinin aksine, büyük ölçüde ve tahmin edilemeyecek şekilde değişen, endüstriyel ısı talebi söz konusudur ve ek bir ısı kaynağından yararlanarak, bu tuğla tabanlı sistemin sağladığı ısı için neredeyse sınırsız bir pazar sağlayacaktır.

Forsberg’in FIRES – Ateş Tuğlalarıyla ısıtılmış enerji depolama sistemi, halihazırda yüksek üretim zamanlarında neredeyse sıfıra düşebilecek elektrik piyasasındaki asgari elektrik fiyatını artıracak; güneş enerji santrallerinin üretiminin en yüksek seviyede olduğu güneşli bir günde olduğu gibi.

Günün her bir saatlik bölümü için ayrı ayrı elektrik fiyatlandırılması, bir gün önceden belirlenir. Bu, üreticiler ile  enerji distribütörleri arasındaki bir müzayede sistemi vasıtasıyla yapılır. Distribütörler, her saat boyunca ihtiyaç duyacakları enerjiyi belirlerler ve tedarikçiler bu enerjiyi üretmek için maliyetleri göz önüne alarak teklif verirler. Belirli bir zamanda ihtiyaçlara bağlı olarak, sadece doğal gazlı çevrim santrallerine ihtiyaç duyulursa, bu fiyatlar düşük olabilir. Veya talep çok daha yüksek maliyetli enerji santrallerinin kullanımını gerektiriyor ise, bu fiyatlar daha yüksek olabilir. Her bir açık artırmanın sonunda, distribütörler tahmin edilen talebi karşılamak için kaç teklifin gerekli olacağını belirlerler ve tüm tedarikçilere ödenmesi gereken fiyat o saat için kabul edilenlerin en yüksek fiyatlı teklifi ile belirlenir.

Ancak bu sistem, düşük maliyetli enerji üretmek için tuhaf sonuçlara neden olabilir. Fiili işletme maliyetleri çok az olan güneş, rüzgar ve nükleer enerji santrallerinden, talebi karşılayacak kadar enerji tedarik edebilir. Bu durumda da, tedarikçilerin enerji için aldıkları fiyat çok çok düşük olabilir, bu da enerji santrallerini ekonomik olmayan bir duruma getirir. 

Fakat büyük bir ateş tuğla yığının ısıtılmasıyla bu fazlalığın (talep fazlası enerjinin) büyük bir kısmının termal depolara dönüştürülmesi, daha sonra bu ısının doğrudan satılması ya da türbinleri çalıştırmak için kullanılması ile ihtiyaç duyulduğunda enerji üretilmesi; FIRES sistemiyle elektrik enerjisi için pazar fiyatında esasen doğalgazın fiyatı ile ilgili daha düşük bir limit belirleyebilir. Bu da, güneş, rüzgar ve nükleer gibi daha fazla karbon içermeyen güç kaynaklarını daha karlı hale getirmeye ve böylece genişlemelerini teşvik etmeye yardımcı olabilir.

Fosil yakıt içermeyen, karbon içermeyen enerji üretiminin genişlemesi nedeniyle elektrik fiyatlarının düşüşü halihazırda sürüyor ve yenilenebilir enerji santralleri arttıkça da bu düşüş devam edecek. Forsberg: “Loda, California ve Almanya gibi ülkelerdeki elektrik piyasalarında, rüzgar veya güneş enerjisine olan rağbetin giderek yükselmesi, elektrik fiyatlarını çok çok düşük olmasını sağlıyor” dedi. Güneş enerjisiyle sağlanan enerji üretim kapasitesinin miktarı, toplam üretimin yaklaşık yüzde 15’ine ulaştığında veya rüzgar enerjisi toplamın yüzde 30’una ulaştığında, ortaya çıkacak fazla üretimin daha sonra kullanılabilmesi için yeterli depolama kapasitesi olmadığı için kârsız hale gelebilir. Şimdilik, fazla elektrik depolamak için seçenekler aslında piller veya pompalı hidroelektrik sistemleri ile sınırlı. Buna karşın, düşük maliyetli teknoloji ürünü ateş tuğlalı termal depolama sistemi, bu seçeneklerden herhangi birine göre onda birinden bile daha düşük maliyetli olacaktır, diyor Forsberg.

Ateş Tuğlaları, sıradan tuğlaların sadece bir varyantı olup 1,600 dereceye kadar daha yüksek sıcaklıklara dayanabilen killerden yapılmıştır. Bu tür yüksek sıcaklık tuğlaları, bugünkü Türkiye’deki Hititler tarafından yaptırılan demir-ergitme fırınlarında olduğu gibi yaklaşık 3,500 yıl öncesine ait arkeolojik alanlarda bulunmuştur. Şu ana kadar bu tuğlaların hala varlığını koruması, dayanıklılıklarının ne kadar yüksek olduğunu kanıtlıyor.

Günümüzde, kilin kimyasal bileşimini değiştirilerek, ateş tuğlaları çeşitli özelliklerde üretilebilir. Örneğin, dirençli ısıtıcıların merkezine yerleştirilen yüksek ısıl iletkenliğe sahip tuğlalar, dirençli ısıtıcılardan kolayca ısı alabilirler. Bu tuğlalar, endüstriyel kullanımda ısıyı taşımak için kullanılacak olan üflenen soğuk havaya, bu ısıyı kolayca verebilirler. Ancak bu yapının dış kısımları için kullanılan tuğlalar çok düşük ısı iletkenliğine sahip olmalıdır ki,  böylece merkezi tuğla yığınının ısısını korumaya yardımcı olan yalıtım, izolasyon sağlanmış olur.

FIRES sistemi üzerindeki akım sınırı, direnç ısıtıcılarıdır. Mevcut düşük maliyetli, güvenilir ısıtıcılar yaklaşık 850 ° C’ye kadar çıkabiliyor. Forsberg, sonuç olarak, tuğlaların kendilerini elektriksel olarak iletken hale getirebildiklerini, böylece ısıyı üreten ve depolayan kendi başlarına düşük maliyetli dirençli ısıtıcılar olabileceklerini iddia ediyor. Bunu da zımpara gibi kullanımlar için üretilmiş olan silikon karbür malzemesi ile sağlanabileceğini ileri sürüyor ve Çin’in şu anda yılda yaklaşık bir milyon ton bu malzemeyi ürettiğini söylüyor.

Forsberg, bir sonraki adımda, bu tasarlanan sistemin prensiplerini gerçek dünya koşullarında kanıtlamak için bazı tam ölçekli prototip üniteleri kurulacağını ve 2020 yılına kadar gerçekleşmesini beklediğini belirtti.

“FIRES, elektrik üretim sorununu çözme konusunda yenilikçi, gerçek bir yaklaşım” diyor Regis Matzie

FIRES sisteminin araştırma ekibini, MIT lisansüstü öğrencileri; Daniel Stack, Daniel Curtis, Geoffrey Haratyk ve yeni mezun olan Nestor Andres Sepulveda oluşturuyor.

Kaynak: MIT News