Los innovadores de la cuarta cohorte de West Gate buscan aplicaciones energéticas avanzadas en todo el panorama energético

Desde tecnologías para extraer elementos de tierras raras de plantas a membranas avanzadas para la filtración de agua, y desde las turbinas eólicas del eje vertical hasta el almacenamiento de energía del volante de la próxima generación de la próxima generación, los innovadores aportan ideas emocionantes a la cuarta cohorte de West Gate, el programa empresarial de laboratorio de Nrel.

“Estamos apoyando el vasto paisaje de tecnologías energéticas que permiten energía resistente, segura y asequible para el país”, dijo la directora del programa West Gate, Shelly Curtiss. “La innovación en ese paisaje abre más vías a sistemas de energía más avanzados”.

Puerta oeste es uno de los cuatro Node del Programa de Emprendimiento Embedido de Laboratorio y recibe un apoyo clave de la Oficina de Tecnologías Avanzadas de Materiales y Manufactura del Departamento de Energía de EE. UU. Los innovadores se incrustan en NREL durante dos años y reciben acceso a investigadores y recursos para ayudar a eliminar el riesgo de sus tecnologías mientras se someten a capacitación empresarial especializada.

La cuarta cohorte incluye:

• James Clegern, presidente y fundador de KineticCore Solutions
• Kian López, cofundador y CEO de Osmopure Technologies
• Ying Sun, cofundador de Rare Flora
• Ian Brownstein, cofundador y CEO de Xflow Energy.

James Clegern de KineticCore Solutions ‘

La tecnología del volante ha existido durante más de 4,000 años, piense en una rueda de alfarero. Los volantes modernos son la parte de suavizado de potencia de cada motor de combustión interna para vehículos no eléctricos.

“La única tecnología que quizás sea más antigua que la nuestra es el almacenamiento de energía térmica con rocas calentadas por un incendio”, dijo Clegern.

Clegern dijo que si desea agregar capacidad de almacenamiento de energía a los volantes, debe hacer que gire más rápido o debe agregar masa. La forma cilíndrica tradicional del volante limita la forma en que puede girarlo, por lo que los volantes modernos deben agregar masa para que las “baterías cinéticas” viables aumenten los costos.

Clegern quería reducir esos costos y hacer que los volantes sean competitivos con baterías químicas, por lo que se centró en optimizar un nuevo diseño estructural del volante hecho con compuesto de carbono que se asemeja a un platillo volador (una forma ovoide). Esta nueva forma tridimensional distribuye mejor el estrés para que pueda girar un 450% más rápido que un volante de acero tradicional, aumentando la energía almacenada mientras requiere hasta un 95% menos de masa. Menos masa y un diseño más simple en general reducen significativamente los costos, lo que hace que las baterías cinéticas cinéticas sean rentables para una amplia variedad de aplicaciones que necesitan alta potencia, larga vida útil y múltiples ciclos de baterías por día en un paquete no químico con riesgos de fuego, congelación y explosivos muy reducidos.

West Gate presenta una gran oportunidad para probar el prototipo de productos de Kineticcore.

“NREL tiene excelentes instalaciones de prueba y un excelente soporte de pruebas de ‘terceros'”, dijo Clegern. “Como una pequeña empresa, eso a veces es millones de dólares de equipos que una startup simplemente no puede permitirse. Además, NREL tiene una gran reputación de apoyar las tecnologías energéticas y el transporte también”.

La visión de Clegern para la tecnología es la integración en el transporte y las instalaciones comerciales/industriales, donde las reducciones de potencia máxima detrás del metro pueden participar activamente.

“Estamos buscando aplicaciones en la electrificación de la instalación de carga y avanzada de EV, donde el sorteo de alta potencia de la red necesaria es costoso de implementar y un costo más alto para usar continuamente durante la vida de un proyecto. Al permitir que los clientes comerciales e industriales minimicen su demanda máxima de energía, sus costos eléctricos disminuyen y las gradas de servicios públicos locales mejoran la estabilidad al tener picos reducidos”, dijo.

Kian López de Osmopure Technologies

La tecnología de López se inspira en los procesos de evaporación y condensación natural, pero se aparta de los métodos térmicos tradicionales, que rara vez se usan en el tratamiento moderno de agua debido a sus altas demandas de energía.

Aprovechando la evaporación y la condensación para purificar el agua, la tecnología Osmopure aplica presión para impulsar el vapor de agua a través de una membrana, ofreciendo una forma mucho más eficiente en la energía de eliminar las impurezas. Este enfoque es particularmente prometedor para la industria de semiconductores, donde el agua ultrapura es esencial para mantener la calidad del producto y la integridad del sistema.

La tecnología funciona aplicando presión a través de un espacio de aire en la membrana, conduciendo el vapor de agua desde el lado contaminado hasta el lado limpio, donde se condensa como agua purificada. El uso de presión en lugar de calor para destilar agua hace que el proceso sea más eficiente energético, hasta 10 veces más eficiente que la destilación térmica de última generación, dijo López.

A través del programa West Gate, Osmopure trabajará en NREL para ampliar el área activa de la membrana, un paso clave para hacer que la tecnología sea viable para la implementación industrial.

“Estamos emocionados de trabajar con NREL para construir un módulo de membrana listo para el piloto al final del programa”, dijo López. “Tenemos un socio piloto listo”.

El objetivo principal del trabajo con West Gate será aumentar el área activa de la membrana, aumentando así la producción de agua para satisfacer las demandas industriales. Pero López dijo que también necesitan crear las especificaciones de la tecnología necesarias para la integración industrial de la integración en los sistemas de tratamiento de agua ultrapura.

“Es genial ver el enfoque holístico de NREL para el desarrollo de la tecnología, donde comienza con la idea original de un material y lo vea a la fabricación a gran escala”, dijo López. “Es realmente emocionante ser parte de eso”.

Rare Flora’s Ying Sun

La flora rara usa raíces vegetales para recuperar elementos valiosos de mineral de bajo grado, relaves de minas y suelos contaminados. Este proceso, conocido como Phytomining, utiliza plantas especializadas llamadas hiperacumuladores que naturalmente absorben metales a través de sus raíces y las almacenan en sus tallos y hojas. Una vez cosechadas, estas plantas se pueden procesar para extraer metales como elementos de tierras raras, níquel y cobalto, todas críticas para tecnologías que van desde teléfonos inteligentes hasta vehículos eléctricos.

Sun dijo que la asociación West Gate ayudará a la flora rara a ampliar su proceso de extracción y mejorar la eficiencia, no solo para recuperar elementos más críticos, sino también para que la tecnología sea compatible con los sistemas de procesamiento de minerales existentes.

“La biotecnología vegetal ya nos ha permitido desarrollar variedades de cultivos completamente nuevas y productos innovadores a base de plantas”, dijo Sun. “Ahora, tenemos una oportunidad única de aplicar esta tecnología a un nuevo sector, utilizando plantas para satisfacer una necesidad crítica en seguridad nacional”.

Sun está particularmente entusiasmado con West Gate debido a su proximidad a los socios técnicos clave. La Escuela de Minas de Colorado brinda una profunda experiencia en ingeniería minera, mientras que la Universidad Estatal de Colorado ofrece una visión agrícola que puede apoyar la flora rara en la refinación de las interacciones vegetales y el suelo.

“Lo emocionante de West Gate es que nos coloca en el centro de todo lo que necesitamos para construir asociaciones transformadoras y establecer la fitominación como una solución real en los Estados Unidos”, dijo Sun. “A través de este programa, podremos llevar a Flora rara al siguiente nivel de preparación tecnológica y comprender mejor cómo nuestra innovación se ajusta a las cadenas de suministro de metales comerciales”.

Ian Brownstein de Xflow Energy

La gente ha estado aprovechando el viento por energía durante miles de años. Si bien las configuraciones del viento del eje horizontal han sido el enfoque dominante para el último medio siglo, Brownstein construyó Xflow alrededor de la energía eólica del eje vertical menor.

Las turbinas del eje vertical no necesitan convertirse en el viento como las turbinas tradicionales, eliminando la necesidad de sistemas de guiñada. Xflow también ha demostrado que estas turbinas pueden funcionar de manera eficiente sin sistemas de tono. Juntos, estos conducen a un diseño mecánicamente simple. Brownstein dijo que la reducción de los componentes y la complejidad también reduce los costos.

Xflow ha creado múltiples prototipos y ha recopilado datos para validar modelos de ingeniería complejos. Ahora, con NREL, validarán su diseño y se asegurarán de que el diseño pueda manejar las cargas predichas a través de pruebas de fatiga acelerada.

La física detrás de la energía eólica del eje vertical es complicada. El comportamiento cíclico produce mucha fatiga, agregó Brownstein, por lo que diseñar una turbina que sea altamente eficiente y cuenta con una larga vida útil es un desafío. “Es por eso que el paso de validación es tan importante”, dijo.

“NREL lidera en análisis y pruebas de viento distribuido, por lo que estoy emocionado de trabajar con NREL para validar nuestro diseño de rotor a través de pruebas de fatiga aceleradas”, dijo Brownstein. “También estoy entusiasmado de trabajar con la gente de análisis de mercado para ubicar los mercados sin explotar para cuando estamos listos para tomar nuestro producto en vivo”.

Brownstein espera que la validación del diseño en NREL acelere la certificación de la turbina a los estándares eólicos internacionales y el camino de Xflow al mercado.

La cohorte 4 del programa West Gate permite a los innovadores utilizar la experiencia y los recursos de laboratorio para refinar sus tecnologías en el camino hacia las aplicaciones de mercado. Como estas tecnologías se refinan, podrían mejorar la eficiencia energética de la industria y amplificar el liderazgo energético estadounidense.

Aprenda más sobre el Puerta oeste programa.

Por Justin Daugherty. Artículo de Nrel.