بازده بالاتر و مصرف انرژی پایین‌تر با گرمکن سبز
چندی پیش خبری در رسانه‌ها منتشر شد که حکایت از ساخت جدیدترین نسل گرمکن‌های جهان تحت عنوان «گرمکن سبز» در دانشگاه علم و صنعت ایران داشت. براساس اخبار منتشر شده، بخش احتراق در این نوع از گرمکن‌ها بدون شعله بوده و ضمن برخورداری از ایمنی بالا، می‌توانند مصرف انرژی را تا ۵۰ درصد کاهش دهند. همچنین گفته شده نتایج آزمایش‌های یک شرکت خودروسازی نشان داده است که این گرمکن می‌تواند تا ۷۰ درصد زمان پخت رنگ را کاهش داده و سرعت تولید را بالا ببرد.
به همین بهانه با دکترسید مصطفی حسینعلی پور ،رییس آزمایشگاه انرژی آب و محیط زیست دانشگاه علم و صنعت ایران و مبتکر و سازنده نسل جدید گرمکن به گفت و گو پرداخته ایم.
چه مقدار صرفه‌جویی در مصرف انرژی به کمک گرمکن سبز میسر می‌شود؟
به دلیل اینکه محصولات احتراق خودشان هم وارد محیط می شوند، زمانیکه از آنها برای احتراق با ظرفیت مشخص استفاده می‌شود، بیش از 80 درصد از مقدار گازی که به سیستم وارد می‌شود تا بسوزد، به عنوان انرژی وارد محیط می‌شود و تقریبا کمتر از 20 درصد، اتلاف به وجود می‌آید. ولی اندازه‌گیری‌های ما نشان می‌دهد که در شرایط مختلف، این مقدار اتلاف می‌تواند متفاوت باشد. ما با استفاده از یک دستگاه تست محیطی عملکرد سیستم احتراق را در انواع شرایط آب و هوایی، دماهای و رطوبت‌های نسبی مختلف آزمایش کردیم و می‌توان گفت تقریبا راندمان به دست آمده در کلیه شرایط مقدار مناسبی بود.
نسبت به بخاری‌های عادی که 70 درصد انرژی در آنها از طریق دودکش تلف می‌شود، راندمان به دست آمده در این سیستم‌ها بسیار مطلوب است. در بخاری‌های معمولی موجود در بازار، مشعل محفظه را گرم می‌کند و محفظه، هوای اطراف را گرم می‌کند و در نهایت هوای اطراف بقیه فضای محیط را گرم می‌کند. در صورتی که در نوع جدید بخاری‌ها، تشعشع مستقیم وجود دارد و تشعشع مستقیم، اتلاف انرژی را کاهش می‌دهد.
نحوه عملکرد این سیستم به چه صورت است؟
این سیستم‌ها چند بخش اصلی دارند که قلب سیستم، پد کاتالیستی است که فرآیند احتراق کاتالیستی در داخل آن انجام می‌شود. گاز و هوا به صورت مخالف هم در داخل این پد جریان پیدا می‌کنند و ضخامت پد می‌تواند چیزی در حدود یک سانتی‌متر باشد و عملا احتراق در محیط‌های فعالی که کاتالیست در آن نشانده شده است، شروع می‌شود تا فرآیند واکنش اتفاق بیافتد و به این دلیل به آن یک «کانتر دیفیوژن کومباسیون» گفته می‌شود که به معنی یک احتراق با جهت مخالف است به این صورت که اکسیدایزر از یک طرف و سوخت از طرف دیگر وارد می‌شود.
در این فرآیند جرقه‌ای وجود ندارد و استارت هم می‌تواند با یک فندک یا یک گرمکن برقی انجام شود. به این صورت که یک المنت برقی کافی است تا دمای محیط کاتالیست را به 120 درجه برساند. در صورتی که بخواهیم احتراق را در سوخت‌ها ایجاد کنیم، شرایط شروع واکنش، باید در حدود 500 درجه باشد. بنابراین دمای شروع واکنش بسیار پایین است و به همین دلیل احتراق در یک شرایط دمایی پایین انجام می‌شود که این مورد باعث می‌شود ناکس تولید نشود.
انرژی آزاد شده به صورت امواج الکترومغناطیسی در محدوده مادون قرمز است در نتیجه هیچ شعله‌ای دیده نمی‌شود و تشعشع به صورت مستقیم از سطح کاتالیست به بیرون ایجاد می‌شود.
بخش احتراق در گرمکن سبز بدون شعله بوده و ضمن برخورداری از ایمنی بالا، می‌تواند مصرف انرژی را تا ۵۰ درصد کاهش دهد.
نقش کاتالیست در این فرآیند دقیقا چیست؟
کاتالیست در واقع نقش پایین آوردنده دمای واکنش را برعهده دارد. به طور کلی کاتالیست ماده‌ای است که می‌تواند به عنوان یک واسط جهت ایجاد یک شرایط بهینه وقوع یک فرآیند حضور داشته باشد، بدون اینکه دخالت مستقیمی در فرآیند داشته باشد.
به طور مثال در خودروها می‌توان کاتالیستی را در انتهای اگزوز قرار داد تا مونوکسیدکربن خروجی روی ماده‌ای که در سطح انتهایی قرار دارد لایه نشانی شود تا به این ترتیب تبدیل به دی اکسید کربن شود و مثلا نیترون که با اکسیژن ترکیب شده و گاز خطرناک ناکس را تولید می‌کند احیا شده و بتوان از آن اکسیژن به دست آورد. این محیط واسط گاهی اوقات برای تسریع در واکنش و گاهی اوقات برای بهبود در واکنش است. وظیفه کاتالیست در مورد این سیستم به این صورت است که واکنش شیمیایی‌ای را که سوختن سوخت را کنترل می‌کند، به جای اینکه در دمای بالا اتفاق بیافتد، در دمای پایین‌تری آغاز می‌شود و این مورد مزیت اصلی آن است.
دمای سطح کاتالیست نمونه‌های آمریکایی و آلمانی این سیستم احتراق پس از آزمایش 410 به دست آمده‌اند که تقریبا با دمای سیستم ما یکسان است، البته می‌توان شرایطی را ایجاد کرد که دما را تا 500 درجه هم بالا برد به طوری که هیچ مشکل خاصی ایجاد نشود. تحت این شرایط شعله اندکی ایجاد می‌شود و مقداری از فرآیند کاتالیستی خارج شده و به سمت احتراق متداولی پیش می‌رود که با آن آشنا هستیم. به همین دلیل انجام این کار به صلاح نیست زیرا ممکن است بحث آلودگی را به همراه داشته باشد.
به طور خلاصه این دستگاه ماده سوختنی و هوا را، در ماده‌ای به نام کاتالیست که وظیفه‌اش ترکیب این دو در دمای پایین است، اکسید می‌کند. درواقع کاتالیست نقاطی را ایجاد می‌کند که واکنش بتواند روی آن نقاط آغاز شود.
هزینه تبدیل بخاری معمولی به سیستم احتراق جدید چقدر است؟
بخاری جدید، با هزینه‌ای برابر هزینه بخاری‌های معمولی موجود در بازار ساخته می‌شود. ممکن است بسته به نوع کاتالیستی که در این بخاری‌ها استفاده می‌شود، مقدار کمی هزینه آن تغییر کند. ما می‌توانیم با 60 درصد هزینه نمونه‌های خارجی، آن را تولید کنیم. به طور مثال قیمت بخاری 8 کیلوواتی در داخل کشور 300 هزارتومان است و ما برای تولید این مقدار انرژی با روش جدید، می‌توانیم با قیمتی در این حد آن را تولید کنیم.
تعویض و تبدیل بخاری‌ها کار دشواری نیست و اگر بخواهیم فناوری مربوط به ساخت بخاری در کشور را تغییر دهیم، کاملا امکان‌پذیر است.
چند شرکت بخاری‌ساز در کشور به ما مراجعه کرده‌اند و یکی از شرکت‌ها نیز یک نمونه بخاری ارسال کرده که در حال تست آن هستیم و تحت شرایط مطلوب، سیستم جدید خود را به آن اضافه خواهیم کرد. به این دلیل که می‌خواهیم بین انرژی آزاد شده، راندمان حرارتی و آلودگی‌هایی که ایجاد می‌شود، مقایسه ای را انجام دهیم براحتی می‌توان قیمت بخاری‌های جدید را توجیه کرد.
شرکت‌های بزرگ بخاری‌سازی در کشور برای همکاری اعلام آمادگی کرده‌اند اما برای اینکه بتوان در این زمینه سرمایه گذاری کرد، باید ثابت کنیم که این فناوری علاوه بر اینکه به سلامتی مردم و کاهش مصرف انرژی در کشور کمک می‌کند، از نظر اقتصادی هم مقرون به صرفه است.
استانداردسازی مقدم بر تجاری‌سازی است، آیا اقدامی برای آن صورت گرفته است؟
متاسفانه به دلیل اینکه این فناوری در کشور وجود نداشته است و همچنان ناشناخته است، در بین استاندارد بخاری‌های موجود در اداره استاندارد هنوز تدوین شده نیست. درواقع برای بخاری‌هایی که در حال حاضر بدون دودکش تولید می‌شوند استاندارد خاصی وجود دارد، اما این استانداردها برای بخاری‌های دارای شعله هستند. بنابراین اصلا استانداردی وجود ندارد و ما اعلام کردیم که آماده‌ایم استاندارد آن را تدوین کنیم. در استانداردهای موجود در دنیا به خصوص آمریکا و روسیه این بخاری‌ها تدوین شده هستند.
برای کسب استاندارد بین‌المللی اقدام کرده‌اید؟
کسب استانداردهای بین المللی هزینه در بردارد و در حال حاضر ما برای ثبت این دستگاه، تغییراتی را ایجاد کرده‌ایم و ایده‌هایی را به آن اضافه کرده‌ایم به طوری که از همان روز اول یک گروه پژوهشی شش نفره روی این موارد کار می‌کنند. به محض اینکه بتوانیم آن را توسعه دهیم و ایده‌های جدید را به آن اضافه کنیم، می توانیم برای کسب برند ایرانی این دستگاه اقدام کنیم. اما بهتر است که ابتدا استاندارد داخلی کسب شود و محصول در داخل تثبیت شود و بعد از آن با ویژگی‌های جدید برای استانداردهای بین‌المللی اقدام شود که اگر قابلیت‌های جدید با موفقیت ثبت شوند، به خصوص در گرمایش سیال فرآیندی (فرآیندی که در خطوط انتقال نفت، گاز و یا پیش گرم کردن گازوئیل استفاده می‌شود) تحولی ایجاد خواهد شد.
با متداول شدن این دستگاه در کشور شاهد چه تغییراتی خواهیم بود؟
به طور مثال اگر از این سیستم در کوره‌های پخت رنگ خط تولید خودرو استفاده شود، زمان پخت را می توان تا 70 درصد کاهش داد. همچنین می توان مساحت اشغال شده توسط کوره را تا 50 درصد و به علاوه مصرف سوخت را می توان تا 50 درصد کاهش داد. مواد فراری که هنگام خشک شدن در کوره‌های معمولی از رنگ خارج می‌شوند وارد اتمسفر شده و مشکل ساز می‌شوند اما با سیستم جدید می‌توان این موارد را بازگرداند و دوباره در سطح کاتالیست آنها را سوزاند.
بنابراین اگر خیلی ساده به صنایع رنگ (قاب لامپ‌های فلورسنت، تیرآهن‌هایی که در ساختمان‌ها استفاده می‌شوند) توجه کرده و این سیستم جایگزین سیستم قبلی شود، می‌توان مصرف سوخت را تا 50 درصد کاهش داد. همچنین می‌توان گازهای فرار را به طور کلی از بین برد و از ورود آنها به اتمسفر جلوگیری کرد. این سیستم را می توان به صنایع غذایی هم تعمیم داد. همچنین برای خشک کردن چرم در صنایع چرم، برای خشک کردن کاغذ در صنایع کاغذ و در صنعت کاشی هم می توان از این سیستم استفاده کرد. مشکلی که در صنعت کاشی وجود دارد این است که در فرآیند پیش گرمایش باید انرژی زیادی مصرف شود. در صورتی که با این سیستم انرژی می توان مصرف انرژی را تا 50 درصد کاهش داد. در صنایع هوایی و نظامی، برای بازکردن یخ‌های بال هواپیما می توان از این سیستم بهره برد.
تحقیق روی این طرح چه مدت طول کشید؟
در حدود دو سال با شرکت گاز تهران روی این پروژه کار کردیم و پس از آن چهار سال برای ساخت کاتالیست و گرمکن زمان صرف شد.
اصلی‌ترین چالش در این چهار سال چه بود؟
مدت زمانی برای ساخت کاتالیست و سیستم صرف شد و چالشی که اکنون با آن مواجهیم، پد سرامیکی است. هرچه نقاط فعال‌تر این پد بیشتر باشد، شرایط بهتری به وجود می‌آید. این فناوری در دنیا انحصارا در اختیار یک شرکت است. این مشکل قابل حل است به طوری که به مجموعه‌های بسیاری طرح خود را ارائه کرده‌ایم و اگر این طرح حمایت شود، می‌توانیم آن را بسازیم. که اگر این قسمت هم در داخل کشور ساخته شود، هزینه‌های آن بسیار کمتر می‌شود. تنها قسمتی از این سیستم که خارج از کشور تولید می‌شود پدها هستند و باقی قسمت‌ها در داخل کشور قابل تولید هستند. می‌توانیم در مدت سه سال کار ساخت را در ابعاد صنعتی آغاز کنیم
لازم به ذکر است که پدهای در ایران نیز ساخته می‌شوند اما دانسیته نقاطی که می‌توانند فعال باشند، پایین است. این پدها محیطی هستند که کاتالیست در آنجا قرار می‌گیرد و هرچه بتوان مقدار بیشتری در واحد حجم داشته باشیم، شرایط بهتری ایجاد می‌شود.
مسئله بعدی این است که بتوان این سیستم را در صنایع مختلف به کار گرفت و به صورت عملیاتی در صنایع مختلف استفاده کرد. اگر بتوان از این سیستم در صنایع استفاده کرد، رشد سریعی خواهد داشت زیرا بسیار کاربردی است به طوری که حتی می‌توان از آن در چراغ پیک نیکی هم استفاده کرد.
No tags for this post.
