اخبار – ALBUQUERQUE، NM – جذب دی اکسید کربن و پمپاژ آن در اعماق زمین می تواند بخش مهمی از کاهش اثرات تغییرات آب و هوایی باشد. با این حال، بسیار مهم است که اطمینان حاصل شود که دی اکسید کربن دور از اتمسفر به دام می‌افتد، جایی که به عنوان گاز گلخانه‌ای به دام انداختن گرما عمل می‌کند.
محققان آزمایشگاه ملی ساندیا اخیراً دستگاهی را طراحی، ساختند و در آزمایشگاه آزمایش کردند که می تواند از اختلاف دمای ناشی از پمپاژ متناوب دی اکسید کربن به داخل گمانه برای شارژ باتری ها استفاده کند تا روزی حسگرهای زیرزمینی را تامین کند.
چارلز برایان، مهندس و سرپرست پروژه علوم زمین ساندیا برای توسعه، گفت: «در حالت ایده‌آل، شما نظارت مستمر زیرزمینی با چندین نوع مختلف حسگر خواهید داشت که به شما می‌گوید چگونه دی اکسید کربن در حال حرکت است، چه با آب‌های زیرزمینی یا مواد معدنی واکنش نشان دهد. دستگاه . شما می توانید نشان دهید که از مخزن خارج نمی شود. با این حال، تخلیه برق از یک گمانه دشوار است: شما نمی توانید فقط کابل ها را از طریق یک گمانه در حال کار عبور دهید.
هنگامی که گرما از زمین داغ از طریق دستگاه به دی اکسید کربن خنک‌تر منتقل می‌شود، ولتاژی ایجاد می‌کند که می‌توان از آن برای شارژ باتری و احتمالاً سنسورهای برق استفاده کرد. این دستگاه که توسط Sandia ساخته شده است، مشابه ژنراتورهای ترموالکتریک ایزوتوپ رادیویی مورد استفاده برای تامین انرژی ناسا عمل می کند. کاوشگرهای فضایی و حتی مریخ نوردهارامش کوریپلا، دانشمند مواد Sandia در این پروژه گفت.
در حالی که ژنراتورهای ترموالکتریک رادیو ایزوتوپی ناسا از اختلاف دمای گلوله‌های پلوتونیوم داغ و سرمای فضا برای تولید نیرو استفاده می‌کنند، دستگاه مولد ترموالکتریک ساندیا از اختلاف دمای زمین داغ هزاران فوت به پایین و دی اکسید کربن که به پایین پمپ می‌شود، استفاده می‌کند. کوریپلا گفت که این فناوری در تولید برق از گرما به اندازه موتور احتراق داخلی در اکثر خودروها کارآمد نیست. با این حال، هیچ قسمت متحرکی ندارد که بتواند مسدود کند، و آن را برای مکان‌های صعب العبور مانند فضا و گمانه‌های عمیق ایده‌آل می‌کند.
برایان گفت که این دستگاه یک لوله چند لایه با آرایه ای از ژنراتورهای ترموالکتریک مربعی 1 در 1 اینچ است. کوریپلا گفت که هر یک از این ژنراتورهای ترموالکتریک می توانند گرمای جریان یافته از طریق آنها را به ولتاژ و سپس به برق تبدیل کنند.
برایان گفت که لوله داخلی برای مقاومت در برابر دما و فشار دی اکسید کربنی که از طریق آن پمپ می شود ساخته شده است، در حالی که لوله بیرونی برای مقاومت در برابر دما و فشار در اعماق زیرزمین ساخته شده است. در ناحیه بین این دو، الکترونیک برای گرفتن و تبدیل ولتاژ ژنراتورهای ترموالکتریک برای شارژ باتری قرار دارد. آدام فوریس، مهندس مکانیک سابق سندیا، طرح اصلی این دستگاه لوله مانند را ارائه کرد.
کوریپلا گفت که کوریپلا ژنراتورهای ترموالکتریک تجاری مناسب را برای دستگاه انتخاب کرد و رهبری یک برد مدار چاپی کوچک را ایجاد کرد که انرژی ژنراتورها را تبدیل و یکسان می کند تا دستگاه بتواند باتری را بدون آسیب رساندن به نوسانات شارژ کند. او اضافه کرد که یافتن باتری هایی که بالاتر از 160 درجه فارنهایت کار می کنند، که دمای معمولی پایین چاله در اعماق مورد استفاده برای جذب کربن است، کاملاً چالش برانگیز است.
تولید برق از نمونه اولیه اولیه پنج فوتی در آزمایشگاه توسط مهندس زمین شناسی ساندیا تام دیورز آزمایش شد. دیورز گفت، همچنین از تصویربرداری حرارتی و مدل‌سازی رایانه‌ای استفاده می‌کند تا ببیند دمای اطراف دستگاه زمانی که مایع سرد یا گرم از آن جریان می‌یابد، چگونه تغییر می‌کند. مدل سازی و آزمایش به تیم کمک کرد تا نمونه اولیه را برای آزمایش میدانی اصلاح کنند.
برایان گفت که نمونه اولیه آزمایش میدانی، که در نهایت کمی بیش از سه فوت طول داشت، توسط مهندس مکانیک Sandia، Jiann-Cherng Su، که چندین نوآوری و بهبود طراحی را معرفی کرد، توسعه یافت.
کوریپلا افزود، تیم چندین پیشرفت در نمونه اولیه دوم انجام داد تا اطمینان حاصل شود که ژنراتورهای ترموالکتریک با پوسته داخلی و خارجی تماس خوبی دارند و گرما نمی تواند میانبر در اطراف ژنراتورها از طریق بقیه دستگاه ایجاد کند. او گفت که برای نمونه اولیه آزمایش میدانی، آنها عایق های حرارتی را در اطراف دستگاه اضافه کردند و پیچ های فلزی بزرگراه حرارتی را که ژنراتورهای ترموالکتریک را در کنار هم نگه می داشتند با گیره های فنری جایگزین کردند.
جیسون هیث، مهندس زمین‌شناسی ساندیا، داده‌های محل تزریق دی‌اکسید کربن فعال را جمع‌آوری کرد تا از ساخت دستگاه برای شرایط صحرایی و انتخاب مکان هدایت‌شده برای آزمایش میدانی مطلع شود. در نهایت تیم انتخاب کرد تاسیسات آزمایشی حفاری فناوری APSبرایان گفت.
دیورز که برای آزمایش های میدانی به سایت رفته است، گفت: «آنها مجموعه ای باورنکردنی از امکانات برای طراحی، ساخت و آزمایش ابزارهای چاله ای دارند. آنها شرکتی عالی برای کار بودند. افراد APS با ما عالی و صبور بودند و پیشنهادات خوبی داشتند.
برای اولین آزمایش صحرایی، دیورز نمونه اولیه آزمایش میدانی را در یک گمانه کم عمق در یکی از اتاق های آزمایش APS راند. محققان دستگاه را تا عمق 62 فوت پایین آوردند. سپس آنها آب 170 درجه را از طریق لوله داخلی دستگاه پمپ می کنند تا ژنراتورهای ترموالکتریک و بقیه سیستم را آزمایش کنند. دیورز و برایان گفتند متأسفانه در طول آزمایش، دستگاه نشت کرد و به برد تهویه مطبوع برق و باتری آسیب رساند. با کار با Dewers، APS توانست نشتی را پیدا کرده و تعمیر کند، واحد را خشک کند و قطعات آسیب دیده را جایگزین کند. آزمون دوم، تکرار آزمایش اول، موفقیت آمیز بود.
این تیم همچنین آزمایش کردند که نمونه اولیه میدان چقدر می تواند در محیط پرفشار زنده بماند. آنها پوسته داخلی دستگاه را تحت فشار 400 برابر فشار اتمسفر و پوسته خارجی دستگاه تحت فشار 34 برابر فشار اتمسفر قرار می دهند. آنها همچنین دستگاه را در محفظه فشار گرم می کنند و جریان ژنراتورهای ترموالکتریک را اندازه گیری می کنند و مطمئن می شوند که تحت فشار کار می کنند.
دیورز گفت: «ما با موفقیت جریان کافی برای تامین انرژی حسگرهای گمانه با جریان محدود تولید کردیم. از این نظر، این دستگاه موفقی بود، اما از نظر مدت زمانی که می‌توانیم دستگاه را مستقر کنیم، محدود بود.»
Dewers و Bryan گفتند برای آزمایش دستگاه برای مدت طولانی، آنها باید حافظه بیشتری نصب کنند. او گفت، علاوه بر این، کوریپلا می‌خواهد برد تهویه‌کننده برق را به‌گونه‌ای بازسازی کند که بتواند در اختلاف دمای بالاتر کار کند و احتمالاً یک دیود اضافه کند تا برد بتواند باتری را بدون در نظر گرفتن مایعات گرم یا سرد در دستگاه شارژ کند.
قبل از اینکه دستگاه برای آزمایش میدانی طولانی‌مدت در محل جذب کربن آماده شود، برایان می‌خواهد با محققان حسگر پایین چاله همکاری کند تا اطمینان حاصل شود که برد تنظیم قدرت می‌تواند قدرت مناسبی را برای سنسورهای آنها فراهم کند. آزمایش نهایی دستگاه ترموالکتریک این است که ببینیم آیا می تواند حسگرهای سیمی را در یک سوراخ تغذیه کند یا خیر.
انواع حسگرهایی که این دستگاه می تواند نیرو دهد شامل سنسورهای فشار، حسگرهایی برای تشخیص رویدادهای ریز لرزه و سنسورهایی برای نظارت بر سلامت چاه است، مانند اینکه آیا دی اکسید کربن فرار می کند برایان گفت از مخزن از طریق گمانه.
برایان افزود که همین فناوری ترموالکتریک همچنین می‌تواند برای تامین انرژی حسگرها برای سایر کاربردهای زیرزمینی، مانند نظارت بر اکتشاف و تولید نفت و گاز استفاده شود، اما برای حفظ اختلاف دما بین داخل و داخل گمانه، نیاز به پمپاژ دوره‌ای سیال سرد یا گرم به داخل گمانه است. خارج از دستگاه
برایان گفت: “من فکر می کنم طراحی واقعاً نوآورانه است، واقعاً هوشمندانه.” ما مجبور بودیم بر چندین مانع غلبه کنیم. انجام این کار بسیار سخت تر از آن چیزی بود که فکر می کردیم. وقتی آزمون میدانی موفقیت آمیز بود، همه ما هیجان زده شدیم.
این پروژه توسط وزارت نیرو تامین می شود دفتر مدیریت انرژی و کربن فسیلی از طریق آزمایشگاه ملی فناوری های انرژی. این تیم در حال حاضر به دنبال بودجه اضافی برای ادامه تحقیقات خود هستند.
###
آزمایشگاه ملی Sandia یک آزمایشگاه چند ماموریتی است که توسط National Technology and Engineering Solutions Sandia LLC، یک زیرمجموعه کاملاً متعلق به Honeywell International Inc. برای اداره امنیت ملی هسته ای وزارت انرژی ایالات متحده اداره می شود. آزمایشگاه های Sandia دارای مسئولیت های اصلی تحقیق و توسعه در بازدارندگی هسته ای، امنیت جهانی، دفاع، فن آوری انرژی و رقابت اقتصادی است، با تاسیسات اولیه در آلبوکرکی، نیومکزیکو، و لیورمور، کالیفرنیا.
