Источник: https://news.mit.edu/2026/atmoszero-electrifies-boilers-to-decarbonize-industry-0121
Более 200 лет назад паровой котёл стал катализатором промышленной революции. С тех пор пар он остаётся основой промышленной деятельности во всём мире. Сегодня значительная доля мирового энергопотребления в промышленности приходится именно на производство пара, получаемого при сжигании газа, нефти или угля для кипячения воды. Он используется в производстве бумаги, химикатов, фармацевтических препаратов, продуктов питания и множества других товаров.
Теперь стартап AtmosZero, основанный Эддисоном Старком, Тоддом Бандхауэром и Эшвином Салви, предлагает новый подход к электрификации паровых котлов с многовековой историей. Компания разработала модульный тепловой насос, способный вырабатывать промышленный пар температурой до 150 °C, который может стать полноценной заменой традиционным котлам.
По словам представителей компании, эксплуатация их первой паровой системы мощностью 1 МВт обходится значительно дешевле коммерчески доступных электрических решений благодаря сверхэффективной компрессорной технологии. Она потребляет на 50 % меньше электроэнергии, чем электрические котлы с резистивным нагревом. Основатели надеются, что этого окажется достаточно, чтобы безуглеродные паровые котлы стали движущей силой новой промышленной трансформации.
«Пар — самая важная рабочая среда в истории, — говорит Старк, генеральный директор AtmosZero. — Сегодня вся промышленность выстроена вокруг его повсеместной доступности. Для экономически эффективной электрификации необходимы масштабируемые инновации. Иными словами, нужен продукт массового производства, а не разовые проекты».
Подключение к пару
Старк поступил в Массачусетский технологический институт в 2007 году на программу «Технологии и политика». В итоге он получил двойную магистерскую степень, добавив к основному направлению машиностроение.
«Меня интересовал энергетический переход и ускорение внедрения решений, способных его обеспечить, — говорит Старк. — Переход не происходит в вакууме. Чтобы добиться изменений, необходимо согласовать экономику, политику и технологии».
Позже он остался в MIT для получения докторской степени по машиностроению, исследуя термохимическое биотопливо.
После MIT Старк работал в Агентстве перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики США (ARPA-E), занимаясь передовыми энергетическими технологиями. Особое внимание он уделял повышению эффективности производства, взаимосвязи энергетики и водных ресурсов, а также вопросам электрификации.
«Часть моей работы заключалась в том, чтобы применить знания, полученные в MIT, к технологиям, которые не обновлялись десятилетиями, — говорит Старк. — Я изучал теплообменники — базовую, фундаментальную технологию — и задавался вопросом: как переосмыслить её с учётом современных производственных возможностей?»
Задача столь же масштабна, сколь и сложна: она затрагивает практически всю мировую промышленную экономику. Для превращения воды в пар ежегодно выбрасывается более 2,2 гигатонны CO₂, что составляет свыше 5 % мировых выбросов, связанных с энергетикой.
В 2020 году Старк в соавторстве с Грегори Тилем опубликовал в журнале Joule статью «Чтобы декарбонизировать промышленность, мы должны декарбонизировать теплоснабжение». В ней рассматривались пути снижения выбросов в промышленном тепле, и Старка вдохновила идея стандартизированного, масштабируемого электрического теплового насоса.
Большинство существующих электрических котлов существенно увеличивают эксплуатационные расходы. Многие используют отходящее тепло промышленных процессов, что требует дорогостоящей модернизации. Старк не планировал становиться предпринимателем, однако вскоре понял, что иначе его разработка не выйдет на рынок.
«Единственный способ довести эту технологию до глобального применения — создать компанию и самому управлять её развитием, — говорит Старк. — Я этого не ожидал, но оказался именно здесь».
Старк объединился с лауреатом премии ARPA-E Тоддом Бандхауэром, который в лаборатории Университета штата Колорадо разрабатывал новую технологию холодильных компрессоров, и бывшим коллегой по ARPA-E Эшвином Салви. В 2022 году команда официально основала AtmosZero.
«Компрессор — сердце теплового насоса, от него зависят эффективность, стоимость и производительность, — говорит Старк. — Проблема заключается в том, что по мере увеличения температуры снижается максимальный КПД системы из-за термодинамических ограничений. Мы спроектировали компрессоры с учётом оптимальной эффективности в рабочих диапазонах выбранных хладагентов и обеспечили высокую точность изготовления, что позволило повысить эффективность отдельных ступеней сжатия и добиться высокой производительности».
Система может использовать тепло воздуха или воды, но не требует наличия отходящего тепла. Многие другие электрические решения зависят от него, однако, по мнению Старка, это усложняет установку и эксплуатацию.
В новом цикле теплового насоса AtmosZero тепло окружающего воздуха нагревает теплоноситель, который испаряет хладагент. Затем хладагент проходит через ряд компрессоров и теплообменников, достигая температуры, достаточной для кипячения воды и производства пара. Мощность системы регулируется, что позволяет интегрировать её в существующие производственные процессы.
«Мы можем работать по принципу котла-утилизатора, — говорит Старк. — Клиенты не хотят менять свои производственные процессы ради электрификации. На площадке не должно появляться дополнительных сложностей».
Такой подход позволяет применять установку в различных промышленных условиях без дополнительных проектных затрат и изменений инфраструктуры.
«Мы предлагаем гибкость и простоту монтажа, что помогает сократить капитальные затраты», — отмечает Старк.
От 1 до 1000
У AtmosZero уже действует пилотная система мощностью 650 кВт на объекте заказчика недалеко от штаб-квартиры компании в Лавленде (Колорадо). Сейчас компания сосредоточена на подтверждении круглогодичной надёжности системы, выполнении заказов и подготовке к масштабированию.
По словам Старка, после доставки на площадку установка монтируется за один день и вводится в эксплуатацию за несколько дней без остановки производства.
В ближайшие год-два AtmosZero планирует поставить несколько установок, а ещё через год — уже сотни. Компания ориентируется на предприятия с пиковым потреблением тепловой энергии менее 10 МВт — это большинство производственных объектов в США.
Старк гордится тем, что входит в число растущих декарбонизационных стартапов, связанных с MIT. Некоторые компании работают с конкретными отраслями, например Boston Metal — со сталью, Sublime Systems — с цементом. Однако, по его словам, если не учитывать базовые материалы, промышленность крайне фрагментирована, и единственное, что её объединяет, — это пар.
«Если посмотреть на разные отрасли, пар используется повсюду, — говорит Старк. — Это возможность добиться по-настоящему масштабных результатов. Пар нельзя исключить из промышленности. На протяжении последних 160 лет производственные процессы зависят от него. Поэтому нужно сосредоточиться на способах получения пара с низким уровнем выбросов, а не пытаться полностью от него отказаться».
