استارتاپی که از آلودگی برای ساخت انرژی پاک آینده استفاده می کند

آیا جهان در آستانه‌ی یک انقلاب انرژی پاک قرار دارد؟ درحالی‌که فروش خودروهای الکتریکی تا پایان سال ۲۰۱۷ بیش از یک‌میلیون دستگاه برآورد می‌شود، تأسیسات خورشیدی و بادی نیز به‌سرعت و با هزینه‌ی پایین‌تر، توسعه پیدا می‌کنند. موسسه‌ی مالی گلدمن ساکس پیش‌بینی می‌کند که در طول ۲۰ سال آینده، بیش از ۳ تریلیون دلار روی انرژی‌های پاک سرمایه‌گذاری خواهد شد.

بااین‌حال فعالین این عرصه هنوز با چالش‌های مهمی مواجه‌اند. فناوری‌های جدید به باتری‌های ارزان‌تر و قدرتمندتری نیاز دارند که تکنولوژی لیتیوم یون فعلی، قادر به تأمین آن نیستند. به عبارتی، ما نه‌تنها به باتری‌های جدیدتر و بهتر نیاز داریم، بلکه به مواد شیمیایی جدید و بهتری هم نیاز داریم که به‌آسانی در دسترس نیستند.

برای درک مشکلات و چالش‌های ذخیره‌ی انرژی شبکه‌های الکتریکی، باید نگاهی به اقتصاد داشته باشیم. امروزه اکثر مصرف‌کنندگان آمریکایی به ازای هر کیلووات–ساعت برق خانگی ۰.۱ تا ۰.۱۲ دلار هزینه می‌پردازند. اداره اطلاعات انرژی (EIA) پیش‌بینی می‌کند که در سال ۲۰۲۲، هزینه‌ی انرژی‌های خورشیدی و بادی حدود ۰.۰۵ تا ۰.۰۸ دلار به ازای هر کیلووات ساعت خواهد بود، که پیشرفت خوب و قابل‌تحسینی به نظر می‌رسد.

بااین‌حال هزینه‌ی باتری‌های لیتیوم یونی فعلی شبکه، به ازای هر کیلووات ساعت، حدود ۳۵۰ دلار است. همه‌ی مصرف‌کنندگان گوشی‌های موبایل و لپ‌تاپ می‌دانند که این باتری‌ها در طول زمان، یا کلاً خراب می‌شوند و یا تنزل کیفیت خواهند داشت. با این حساب اگر هزار چرخه شارژ را در نظر بگیریم، هزینه‌ی تحمیل‌شده به ازای هر کیلووات ساعت در هر سیکل، ۰.۳۵ دلار خواهد بود.  

بنابراین اگرچه باتری‌ها عمدتاً جایگزین دستگاه‌های بزرگ‌تری می‌شوند (که گران‌تر و ناکاراتر از ماشین‌های الکتریسیته‌ی گازی هستند)، ازلحاظ اقتصادی، یک باتری تقریباً ده برابر ارزان‌تر از فناوری جاری است. طبق برآورد آژانس تحقیقاتی پروژه‌های پیشرفته انرژی (ARPA-e)، هزینه‌ی جدید معادل ۰.۰۳ دلار به ازای هر کیلووات ساعت در هر سیکل است.

در نظر داشته باشید که نمی‌توانیم به‌سادگی با جایگزینی نوع سوخت، هزینه‌ها را کاهش دهیم، مخصوصاً که اغلب کشورهای جهان در برنامه‌ی ۲۵ سال آینده‌ی خود، استفاده از باتری‌های لیتیوم یونی را لحاظ کرده‌اند و تغییر همه‌ی برنامه‌ها، کار آسانی نیست. به این منظور به یک رویکرد کاملاً جدید برای تحقیقات باتری‌ها نیاز داریم.

در سال ۲۰۱۲، دولت اوباما مرکز مشترک تحقیقات ذخیره‌سازی انرژی (JCESR) را باهدف حل مشکلات ذخیره‌ی انرژی تأسیس کرد. برخلاف سایر برنامه‌های سنتی که در آن‌ها دانشمندان در مؤسسات جداگانه و مستقل کار می‌کردند، JCESR با چشم‌انداز همکاری بین آزمایشگاه‌های ملی، مؤسسات دانشگاهی و صنایع خصوصی دایر شد.

استارتاپ Baseload Renewables به‌نوعی زاییده‌ی همین تلاش‌ها است. تد وایلی مدیرعامل این شرکت می‌گوید:

JCESR متخصصین را دورهم جمع کرد و اهداف بلندمدت و نقشه‌ی راه آینده را پیش روی آنان قرارداد. همچنین به آن‌ها کمک کرد به یک‌چشم انداز بلندمدت دست پیدا کنند. این برنامه تاکنون دستاوردهای مفیدی داشته و شرکت ما نیز رشد خودش را مدیون همین چشم‌انداز است.

مینگ چیانگ، دانشمند و هم‌ینیانگذار  Baseload Renewable، یکی از اولین اعضایی بود که از JCESR کمک مالی دریافت کرد و کار در این مرکز، ایده‌ی او را پرورش داد.

یکی از نوآوری‌هایی که توسط JCESR مورد استقبال قرار گرفت، مدل‌های اقتصادی-تکنیکی توسعه‌ی فناوری باتری‌های جدید بود. معمولاً دانشمندان تحقیقات خود را با جستجوی موادی که عملکرد بهتری دارند، شروع می‌کنند و توجه زیادی به هزینه‌ی مواد ندارند. در مرکز JCESR پیش از اینکه تحقیقات به مراحل پیشرفته برسند، باید صرفه‌ی اقتصادی آن‌ها به اثبات برسد.

زمانی که چیانگ و تیمش روی مدل تکنیکی- اقتصادی خود کار می‌کردند متوجه شدند که یک راه‌حل ماندگار، باید از مواد اولیه شروع شود. اولین ایده‌ی آن‌ها زمانی شکل گرفت که اهرام سولفور آلبرتا را مشاهده کردند که از ضایعات پالایش نفت تشکیل‌شده بود. اهرام آلبرتا با ۱۰۰ فوت ارتفاع و ۲۵ هکتار مساحت، می‌توانست به‌عنوان یک منبع بی‌پایان متریال باتری مورداستفاده قرار بگیرد.

زمانی که تیم، آزمایش شیمی باتری را بر پایه‌ی پرمنگنات پتاسیم شروع کرد، به یک موفقیت واقعی و غیرمنتظره رسید. درحالی‌که کاملا ثابت‌شده بود باتری تجدیدپذیر است، آنالیزها نشان می‌داد که واکنش‌های شیمیایی نباید چنین تأثیری داشته باشند. وقتی تیم با دقت بیشتری واکنش‌ها را زیر نظر قرار داد، مشخص شد که اکسیژن هوا باعث برگشت‌پذیری واکنش‌ها شده است.

حالا شیمی باتری جدید بر مبنای سولفور و هوا شکل می‌گرفت، یعنی ارزان‌ترین مواد اولیه‌ی قابل‌تصور. اما هنوز یک مشکل به قوه‌ی خود باقی‌مانده بود: هزینه‌ی مکانیزمی که واکنش شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می‌کند، بسیار گران بود. ولی پس از آزمایش‌های متوالی مشخص شد مواد ارزان‌قیمتی که آن‌ها مورداستفاده قرار می‌دادند، احتمالات و فرصت‌های دیگری را نیز در اختیارشان می‌گذارد. چیانگ می‌گوید:

وقتی اقتصاد یکی  از بخش‌های سیستم، به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای تغییر می‌کند، اقتصاد کل سیستم را تغییر می‌دهد. ما متوجه شدیم که با شیمی سولفور اکسیژن، هزینه مواد ذخیره‌سازی به طرز چشمگیری تغییریافته است، بنابراین ما می‌توانیم از یک پشته‌ی قدرت کوچک استفاده کنیم و در طول زمان عملکرد کم‌هزینه‌تری داشته باشیم.

Baseload renewable از تکنولوژی چشمگیری بهره می‌برد. جورج کربتری، مدیر JCESR، می‌گوید:

این کشفیات به دو لحاظ قابل‌تأمل هستند. اول اینکه باتری‌هایی فوق‌العاده ارزان بر پایه‌ی سولفور، آب و هوا تولید می‌شوند و از طرف دیگر، در روزهای ابری یا آرام (بدون باد)، سوختی پشتیبان برای انرژی خورشیدی و بادی وجود دارد.

بااین‌حال بین تکنولوژی آزمایشگاهی و محصول قابل‌فروش، تفاوت زیادی وجود دارد. برای بقا و دوام یک کسب‌وکار صرفاً کافی نیست که پروسه‌ی تولیدی کم‌هزینه‌ای داشته باشید، بلکه باید سرمایه‌گذاری را به‌تناسب تقاضا افزایش دهید.

بسیاری از استارتاپ‌ها، در همین نقطه راه را اشتباه می‌روند. آن‌ها در مورد احتمالات هیجان‌زده می‌شوند و چشمشان را به روی خطراتی که پیش روی همه‌ی شرکت‌ها قرار دارد، می‌بندند. حتی یکی از شرکت‌های پیشین چیانگ (A123 Systems) پس‌ازاینکه بودجه‌ی فراوانی از لایحه‌ی اوباما دریافت کرد، به دلیل برنامه‌ریزی ضعیف ورشکست شد. مؤسسان Baseload Renewable تصمیم ندارند این اشتباهات را تکرار کنند. تد وایلی می‌گوید:

تغییر مقیاس از گرم به تن، کار بسیار سختی است و ما باید همه‌ی مشکلات را مدنظر داشته باشیم. ما تکنولوژی‌های فوق‌العاده‌ای را دیده‌ایم که شکست خوردند، چراکه به تله‌ی تولید گرفتارشده‌اند و بیش‌ازحد روی ظرفیت عرضه سرمایه‌گذاری کرده‌اند و بعداً متوجه شده‌اند که تقاضا، با آن سرعتی که فکر می‌کردند، افزایش پیدا نمی‌کند. صرف اینکه شما محصولی را تولید کردید، به این معنی نیست که مصرف‌کنندگان برای آن صف می‌کشند.به همین دلیل ما می‌خواهیم محصولی تولید کنیم که مقیاس‌پذیری آن را با توجه به قراردادهای تولیدکنندگان تنظیم کنیم و درعین‌حال تعامل با مشتریان را حفظ کنیم تا از بازخوردهای آن‌ها منتفع شویم. ما باید هزینه‌ی اشتباهات را به حداقل برسانیم و سرعتمان را بر مبنای مقیاس، کیفیت و قیمت بازار به حداکثر برسانیم.

اگر استارتاپ Baseload Renewable به موفقیت برسد، گام بزرگی در جهت آینده‌ی انرژی‌های پاک برداشته‌شده است. قدم بعدی، شیمی یک باتری جدید برای حمل‌ونقل خواهد بود.