Pag-repurpos ng Enerhiya Thermal: Kontrol sa Klima ng Bahay, Mga Parking na Underground, at Kompyutasyon

Maaaring maabot ng pandaigdigang merkado ng imbakan ng enerhiya thermal ang US$8 bilyon sa 2030 mula sa laki na US$4.4 bilyon noong 2022, na may Compound Annual Growth Rate (CAGR) na humigit-kumulang 7.7%. Ang lumalawak na pangangailangan para sa imbakan ay nagpapahiwatig ng patuloy na pagtaas ng paggamit ng enerhiya thermal. 

Ngunit ano nga ba ang thermal energy, at paano natin ito iniimbak? Susuriin natin nang mas malalim sa mga susunod na bahagi upang matuklasan ang mga sagot sa mga tanong na ito at makita kung paano ang thermal energy ay lumilikha ng mga epektibong paradigma ng paggamit ng enerhiya para sa pangangailangan ng ating modernong mundo. 

Ang Maikling Kasaysayan ng Enerhiya Thermal

Ang kasaysayan ng pagkilala sa enerhiya thermal at ang potensyal nito ay nagsimula pa noong 1847. Ang kredito ay ibinibigay sa kilalang pandaigdigang Ingles na pisiko at matematiko na si James Prescott Joule. 

Sa simpleng salita, natuklasan ni Joule ang ugnayan sa pagitan ng init at mekanikal na enerhiya na nagdala sa batas ng konserbasyon ng enerhiya, na kilala rin bilang unang batas ng thermodynamics. Ang batas ay nagsasaad na ang enerhiya ay maaaring i-convert mula sa isang anyo patungo sa iba pa ngunit hindi maaaring malikha o sirain. 

Ang paraan kung paano naabot ni siyentistang si Joule ang makasaysayang konklusyong ito ay sa pamamagitan ng isang kapanapanabik na eksperimento na makakatulong sa atin na maunawaan ang kalikasan ng tinatawag nating thermal energy ngayon. 

Sa kanyang eksperimento, sinukat ni Joule ang dami ng trabaho na dapat gawin ng isang de-kuryenteng motor upang itaas ang temperatura ng isang tiyak na dami ng tubig ng isang antas. Sinukat din niya ang pagtaas ng temperatura ng tubig kapag ito ay dumaan sa isang butas-butasan na silindro at ang init na nalikha sa pag-compress ng gas. 

Sa kanyang pananaliksik, natuklasan niya na ang dami ng mekanikal na enerhiya na inilapat sa likido ay palaging katumbas ng init na nalikha, na nagpapahiwatig na posible ang pag-repurpos ng enerhiya mula sa isang anyo patungo sa iba. 

Sa mas malawak na konteksto, maraming sinasabi ang eksperimento tungkol sa ating uniberso at ang sistema ng enerhiya nito. Ipinakita, lalo na, na ang kabuuang enerhiya sa uniberso ay nananatiling constant, kung saan ang isang anyo ng enerhiya ay nagko-convert sa ibang anyo. 

Ang tuklas ni Joule ay nagbigay-daan sa isang buong sangay ng pag-aaral na kilala bilang thermodynamics. Nakita na natin ang unang batas ng paradigm. Mayroon pa itong tatlong karagdagang batas. Ang apat na batayang batas na ito ay nagtatakda ng mga hangganan para sa thermodynamics na tumatalakay sa init, trabaho, at temperatura at kung paano ang kanilang interdinamika ay nakaaapekto sa mga konsepto ng enerhiya, radyasyon, at pisikal na katangian ng materya. 

Mahalagang maunawaan ang thermodynamics kung nais ganap na maunawaan ang potensyal ng enerhiya thermal at kung paano ito makakatulong sa ating mga proseso. Sa kanyang pinakapuso, ipinaliwanag ng thermodynamics kung paano nagko-convert ang enerhiya thermal sa ibang anyo at pabalik. Ang enerhiya thermal ay nagmumula sa init na nililikha ng paggalaw ng mga particle sa loob ng isang bagay. Kapag mas mabilis ang paggalaw, mas malaki ang init na nalilikha. 

I-click dito para sa listahan ng sampung pinakamahusay na renewable energy stocks.

Ang Siyensiya sa Likod ng Pagbuo ng Enerhiya Thermal: Conduction, Convection, Radiation

Ang paggalaw ng mga particle o molekula ay nagdudulot ng init. Ngunit mayroong hindi bababa sa tatlong paraan kung saan ang mga paggalaw na ito ay maaaring lumikha ng init. 

Sa proseso ng conduction, ang init ay nalilikha mula sa paggalaw ng mga constituent particles nang hindi gumagalaw ang katawan. Isang totoong halimbawa ng pagbuo ng init sa pamamagitan ng conduction ay ang pagtaas ng temperatura ng isang stainless steel na kutsara kapag inilagay ito sa loob ng kaldero habang ang kaldero ay patuloy na pinainit mula sa ibaba. 

Ang proseso ng convection ay kung saan nangyayari ang paglipat ng enerhiya sa pagitan ng isang solidong ibabaw at isang gumagalaw na likido o gas. Ang pag-init ng tubig sa pamamagitan ng paglalagay nito sa kawali at pag-aplay ng init direkta sa kawali ay isang halimbawa ng proseso ng convection ng paglipat ng enerhiya. 

Sa huli, sa proseso ng radiation, para magpalitan ng init o enerhiya thermal, hindi kailangang magdikit ang dalawang katawan o sangkap. Isang tipikal na halimbawa nito ay ang pagtunaw ng yelo sa pamamagitan ng paglalagay ng incandescent lamp malapit dito. Bagaman hindi nagdikit ang lamp at ang yelo, natutunaw ang yelo. 

Bagaman ang mga pamamaraang ito sa pagbuo ng enerhiya thermal ay hindi nakikita ng mata ng tao at maaaring maunawaan lamang sa pamamagitan ng pagtingin sa kanilang panlabas o pisikal na anyo, madalas na madaling makilala ang mga halimbawa ng enerhiya thermal habang nakikipag-ugnayan tayo sa marami sa kanila. 

Halimbawa, ang solar radiation ay nagpapainit sa ating atmospera, at nararamdaman natin ang init bilang resulta. Katulad din nito, may geothermal energy, na matinding init na patuloy na dumadaloy palabas mula sa kailaliman ng lupa. Ang pagkabulok ng mga radioactive na elemento na nasa mga bato ay ang pangunahing pinagmumulan ng ganitong uri ng init. Mayroon din ang ibabaw ng dagat, na may malaking potensyal sa imbakan ng enerhiya thermal dahil direktang nasisikatan ng araw nang matagal. Ang mga fuel cell, pati na rin, ay tumutulong na kunin ang enerhiyang nalilikha mula sa enerhiya thermal.

Pag-repurpos ng Enerhiya Thermal: Mga Pagsisikap sa Buong Mundo

Sa prinsipyo, ang enerhiya ay nagko-convert mula sa isang anyo patungo sa iba. Ang pag-repurpos ng enerhiya ay alinsunod sa ating mga natural na prinsipyo ng agham. Ito ay isang epektibong paraan ng pagsamantala sa tunay na potensyal ng enerhiya sa pamamagitan ng paglagpas sa agarang aplikasyon nito. Titingnan natin ang ilang halimbawa ng na-repurpos na enerhiya thermal. 

Enerhiya Thermal na Nabuo sa Mga Underground Car Parks upang Painitin ang Groundwater

Isang pangkat ng mga mananaliksik mula sa Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU), Karlsruhe Institute of Technology, at University of Basel nagsagawa ng masusing pag-aaral ng 31 underground car parks sa mga lungsod sa Alemanya, Austria, at Switzerland.

Sa anim sa mga lokasyong ito, sinukat din nila ang temperatura ng kalapit na groundwater. Mula sa mga heat profile na kanilang inihanda, napagkonklusyon nila na ang mga underground car parks ay patuloy na nagpapainit sa groundwater sa buong taon. Mahalaga ring tandaan na ang init na ito ay pangunahing nagmumula sa mga makina ng nakaparadang sasakyan. 

Ipinaliwanag ni Maximilian Noethen, isang geoscientist ng MLU, “Ang mga pampublikong underground car parks ay mas malaki ang ambag sa pag-init ng groundwater kaysa sa mga pribado, dahil kadalasan ay mas malalim ito at mas maikli ang oras ng pagparada ng mga sasakyan.” 

Itinuro din ng mga mananaliksik ang potensyal para sa pag-repurpos ng thermal energy na ito. Halimbawa, ang taunang output ng enerhiya mula sa mga underground car parks sa Berlin, halos 0.65 petajoules, ay teoretikal na maaaring magbigay ng init sa humigit-kumulang 14,660 kabahayan.

Pag-repurpos ng Init ng Mga Electronic Device

Ang pag-aaral na ito ay nagmula sa mga pisiko na nagtatrabaho sa Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU) at Central South University sa China. Ipinapanukala ng pag-aaral ang posibilidad ng paggamit ng init na nalilikha ng mga teknikal na device para sa kompyutasyon. Ang kailangan lamang ay pagsamahin ang mga tiyak na materyales. 

Ang mga electronic device ay umiinit dahil sa daloy ng kuryente sa kanilang mga bahagi. Ang init na ito ay nagdidisipate at nawawala sa proseso. Ayon kay Dr. Jamal Berakdar, isang propesor ng Physics sa MLU, “Sa loob ng mga dekada, hinahanap ng mga tao ang mga paraan upang muling magamit ang nasayang na enerhiya sa electronics.” 

Ang bagong pamamaraan para sa pag-repurpos ng init ay nagmumungkahi ng paggamit ng mga non-conductive magnetic strips sa halip na tradisyonal na electronic circuits kasabay ng normal na metal spacers. “Ang aming teknolohiya ay makatutulong sa pag-save ng enerhiya sa information technology sa pamamagitan ng mahusay na paggamit ng sobrang init,” paliwanag ni Berakdar. 

Salt Batteries para Mag-imbak ng Init

Ang pananaliksik na ito ay isang kamakailang pag-unlad habang ang manunulat ng tesis, si Lian Blijlevens, isang PhD scholar mula sa Radboud University, ay malapit nang ipagtanggol ang kanyang pananaliksik hinggil sa kapakinabangan ng asin para sa imbakan ng init. Ang asin na tinutukoy ay hindi ang karaniwang asin sa mesa kundi mga uri tulad ng strontium chloride.

Ang sentro ng pag-aaral ni Blijlevens ay ang salt battery, na dinisenyo upang mag-imbak ng salt hydrates at mga asin na may tubig sa kristal na anyo. Ang pag-recharge ng battery na ito ay kinabibilangan ng pag-init ng asin, na naglalabas ng tubig mula sa mga kristal.

“Kapag kailangan mo ng init, magdagdag ka ng water vapor sa mga kristal, at muling ilalabas ang init,” konklusyon ni Blijlevens.

Sa mga papel na pananaliksik na ito na nagpapakita ng masiglang inobasyon sa larangang ito, may ilang solusyon na tumutulong sa pag-repurpos ng enerhiya thermal sa antas ng enterprise. Tatalakayin natin ang ilang ganitong mga provider ng solusyon sa mga susunod na bahagi.

Mga Provider ng Solusyon sa Pag-repurpos ng Enerhiya: Antas ng Enterprise

#1. Calefa

Ang Calefa ay isang Finland-based na turnkey solutions provider para sa pag-recycle ng init. Kabilang sa kanilang alok ang modular na AmbiHeat heat pump plant. Ginagamit nito ang mga ambient energy source at retrofit system upang i-recycle ang waste heat. Dahil nabanggit natin ang mga heat pump bilang solusyon, nararapat na ipaliwanag nang maikli kung bakit sila itinuturing na pinakamainam na opsyon para sa kontrol ng klima sa bahay. 

Ang mga heat pump ay multi-facility na mga device para sa kontrol ng klima na naglilipat ng init mula sa isang lokasyon patungo sa iba. Hindi ito lumilikha ng init, kundi naglilipat lamang, na nagpapatunay na ito ay isang energy-efficient na pagpipilian upang painitin o palamigin ang isang bahay. Sa taglamig, kinukuha ng mga pump ang init mula sa labas at inililipat ito papasok. Sa tag-init, kabaligtaran ang nangyayari. 

Ayon sa data na inilathala ng organisasyon, Calefa, sa nakaraang sampung taon, ay nakapaghatid na ng halos 200 energy system na gumagamit ng waste heat o ambient energy. Nakatulong ito na makatipid ng higit sa US$34 milyon sa pananalapi, halos 650,000 MWh ng enerhiya, at higit sa 142 milyong kilogram ng carbon dioxide sa nabawasang emisyon. 

#2. Heata

Ang Heata, isang UK-based na innovative startup, ay nag-isip ng ideya na gamitin ang init na nalilikha ng mga computer upang mag-alok ng libreng mainit na tubig. Ang startup ay nagsimula bilang isang proyektong inobasyon kasama ang British Gas, upang tulungan ang mga taong nakararanas ng kakulangan sa gasolina o fuel poverty. 

Sinuri nila ang blockchain space at nalaman ang malalaking dami ng enerhiya na ginagamit ng mga Bitcoin miner at ang katumbas na malaking dami ng waste heat na nalilikha nila sa proseso. Upang i-repurpos ang init na ito, inilubog ng koponan ng Heata ang Bitminer sa mineral oil at ikinonekta ito sa isang radiator upang subukan ang posibilidad ng kanilang ideya. 

Nang napatunayan nilang maisakatuparan ang ideya, nagdala sila ng mga hot water cylinder kung saan ang pangangailangan ay medyo pare-pareho sa buong taon. Lumipat din sila mula sa Bitcoin mining patungo sa pangkalahatang kompyutasyon upang suportahan ang mga pagsisikap sa decarbonization sa industriyang ito. 

Itinatag noong 2017 at nakabase sa Godalming, Surrey, United Kingdom, ang Heata ay nagbibigay kapangyarihan sa mga kumpanya upang bawasan ang kanilang carbon footprint at nakakatipid sa mga pamilya ng hanggang £450 kada taon sa kanilang mga energy bill. Nakatanggap ang startup ng 1 milyong libra na seed funding noong Oktubre ngayong taon.

Pag-repurpos ng Init ng Data Centre

Napansin ng World Economic Forum ang mga tech company na ginagamit ang kanilang mga data center – kung saan nakalagay ang kanilang mga server – upang painitin ang mga tahanan at bawasan ang carbon dioxide. Maraming inisyatibo ang nagpapadali sa prosesong ito, at ayon sa International Data Corporation, ang merkado ng pag-init ng data center ay maaaring umabot sa US$2.5 bilyon pagdating ng 2025. 

Ang Stockholm Data Parks ay isang inisyatibo sa Sweden na tumutulong magpainit ng mga bahay sa pamamagitan ng pagsamantala sa waste heat na nalilikha ng mga data center ng Stockholm. Sa ambisyosong layunin, plano ng inisyatibo na matugunan ang 10% ng kabuuang pangangailangan sa pag-init ng Stockholm sa ganitong paraan pagsapit ng 2035. Bilang pag-echo ng potensyal na ito sa mas malawak na sukat, binanggit ng think tank na Energy Innovation na ang pinakamalalaking data center ay maaaring mag-generate ng higit sa 100 megawatt ng enerhiya, sapat upang magbigay ng kuryente sa 80,000 tahanan.

Ang Switch Datacenters ay isa pang kumpanya na nakabase sa Netherlands na nabawasan ang pag-asa nito sa natural gas, pinapalitan ang mga gas generator unit ng pag-init mula sa data center. Ayon sa CEO ng kumpanya, posible na maihatid hanggang 97% ng init mula sa server patungo sa mga tahanan at opisina sa pamamagitan ng sistemang ito. 

Ang Hinaharap: Ang Global Tech Giant na Microsoft ay Sumusulong

Nakipagtulungan ang Microsoft (MSFT ) sa Fortum, isang kumpanyang Finnish, upang painitin ang libu-libong tahanan sa Helsinki, at habang nagiging matagumpay ang kolaborasyon, inaasahan ng Fortum na ang kanilang solusyon ay makakatulong magpainit ng 40% ng mga tahanan sa Helsinki. 

Sa pagpapatuloy ng kanilang pangako sa sustainability, nagpasya na ngayon ang Microsoft na patakbuhin ang dalawa sa kanilang mga bagong data center sa Helsinki gamit ang renewable energy, isang desisyon na inaasahang magbabawas ng taunang carbon dioxide emissions ng 400,000 tonelada. 

Gayunpaman, ang inisyatibong pangkapaligirang ito ay isa lamang aspeto ng pandaigdigang impluwensya ng Microsoft. Ang kumpanya, na kilala sa buong mundo, ay nag-ulat ng US$211 bilyon sa kita sa fiscal year 2023 at operating income na higit sa US$88 bilyon. Ang pakikilahok ng Microsoft sa mga pagsisikap ng pag-repurpos ng enerhiya thermal ay hindi lamang binibigyang-diin ang kanilang mga pangako sa sustainability kundi nagbibigay din ng malaking visibility at adaptability sa mga pagsisikap na ito.

Ngayon, bumabalik tayo sa unang batas ng thermodynamics. Ang enerhiya ay pinakamahusay na nagagamit kapag ang mga pagsisikap ay nakatuon sa paglipat nito mula sa isang anyo patungo sa iba. Ang pag-repurpos ng enerhiya thermal ay isang epektibong hakbang patungo rito. Walang dahilan kung bakit hindi ito makakakita ng makabuluhang paglago sa pag-aampon sa mga darating na taon.