การปฏิวัติสีเขียวของหม้อแปลงหม้อแปลงแบบแห้งโลหะผสม: ความท้าทายในการรีไซเคิลและคุณค่าด้านสิ่งแวดล้อมจากมุมมองวงจรชีวิตเต็มรูปแบบ

เมื่อเทียบกับฉากหลังของการเร่งเป้าหมายความเป็นกลางคาร์บอนทั่วโลกอุตสาหกรรมอุปกรณ์ไฟฟ้ากำลังอยู่ระหว่างการปฏิวัติสิ่งแวดล้อมเงียบ ๆ ในฐานะที่เป็นอุปกรณ์หลักของระบบส่งกำลังและการกระจายพลังงานการเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงานของหม้อแปลง 1% สามารถลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ได้ 80 ล้านตันต่อปี (ข้อมูลหน่วยงานพลังงานระหว่างประเทศ) ในการเปลี่ยนแปลงนี้ หม้อแปลงแบบแห้งโลหะผสมอสัณฐาน กำลังปรับเปลี่ยนภูมิทัศน์การพัฒนาที่ยั่งยืนของอุตสาหกรรมด้วยคุณสมบัติวัสดุปฏิวัติของพวกเขา
โครงสร้างการจัดเรียงอะตอมของโลหะผสมอสัณฐานแบ่งผ่านข้อ จำกัด ของคริสตัลของแผ่นเหล็กซิลิกอนแบบดั้งเดิม กระบวนการผลิตใช้เทคโนโลยีการระบายความร้อนความเร็วสูงเป็นพิเศษที่หลายล้านองศาต่อวินาทีเพื่อเสริมความแข็งแกร่งให้กับโลหะผสมเหล็กโดยตรงให้กลายเป็นสถานะอสัณฐาน กระบวนการก่อกวนนี้ทำให้เกิดข้อได้เปรียบด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญสองประการ:
ไม่มีการสูญเสียโหลดลดลง 70-80%: การบีบบังคับของโลหะผสมอสัณฐานเป็นเพียง 1/10 ของแผ่นเหล็กซิลิกอนการสูญเสีย hysteresis ลดลงอย่างมีนัยสำคัญและการปล่อยคาร์บอนสามารถลดลงได้ 45 ตันตลอดวงจรชีวิตทั้งหมด
การใช้พลังงานการผลิตจะถูกบันทึกไว้ 30%: กระบวนการหลอมที่อุณหภูมิสูงแบบดั้งเดิมของเหล็กซิลิกอนที่มุ่งเน้นจะถูกกำจัดและกระบวนการที่ใช้พลังงานสูง 12 กระบวนการจะลดลงในกระบวนการผลิต
การวิจัยเชิงประจักษ์โดย Hitachi Metals ในญี่ปุ่นแสดงให้เห็นว่าการประหยัดพลังงานประจำปีของหม้อแปลงโลหะผสมอสัณฐานทุก 10,000 นั้นเทียบเท่ากับการผลิตพลังงานรายวัน 3.5 สามสถานีพลังงาน Gorges การปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้พลังงานแบบเอ็กซ์โปเนนเชียลนี้ทำให้เป็นตัวเลือกเชิงกลยุทธ์สำหรับการสร้างสมาร์ทกริด
แม้จะมีประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมอย่างมีนัยสำคัญ แต่ระบบรีไซเคิลของโลหะผสมอสัณฐานยังคงเผชิญกับความท้าทายพิเศษ:
ปัญหาความเปราะบางของวัสดุ: โครงสร้างแถบที่มีความหนาเพียง25μmจะแตกได้ง่ายระหว่างการถอดชิ้นส่วนและอัตราการกู้คืนของเทคโนโลยีการบดแบบดั้งเดิมและการเรียงลำดับนั้นน้อยกว่า 60%
การแยกส่วนประกอบของภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออก: อัตราส่วนเหล็กที่แม่นยำ (80%), โบรอน (10%), และซิลิกอน (5%) ต้องการการทำให้บริสุทธิ์ทางเคมีและต้นทุนการประมวลผลสูงกว่าเหล็กซิลิกอน 2.3 เท่า
การขาดระบบมาตรฐาน: โลกยังไม่ได้สร้างกลไกการรับรองการตรวจสอบย้อนกลับแบบครบวงจรทำให้เป็นเรื่องยากสำหรับวัสดุรีไซเคิลเพื่อกลับไปยังห่วงโซ่การผลิตระดับสูง
เทคโนโลยีการแยกพลาสมาอุณหภูมิต่ำที่พัฒนาร่วมกันโดยซีเมนส์ของเยอรมนีและสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งจีนได้เพิ่มอัตราการกู้คืนโลหะเป็น 92% ในขณะเดียวกันระบบหนังสือเดินทางวัสดุได้รับการจัดตั้งขึ้นผ่านเทคโนโลยี blockchain ซึ่งเป็นโซลูชันที่จำลองได้สำหรับอุตสาหกรรม
การวิเคราะห์เปรียบเทียบโดยใช้วิธีการประเมินวงจรชีวิต (LCA) แสดง (ดูแผนภูมิ):
ตัวบ่งชี้หม้อแปลงซิลิคอนเหล็กอัลลอย
CO₂เทียบเท่าในขั้นตอนการผลิต (KG) 8500 12000
การสูญเสียประจำปีในขั้นตอนการใช้งาน (kWh) 4800 22000
อัตราการใช้วัสดุรีไซเคิล 78% 92%
การปล่อยก๊าซคาร์บอน 100 ปี (TCO₂E) 148 412
ข้อมูลแสดงให้เห็นว่าถึงแม้ว่าโลหะผสม amorphous จะมีคอขวดทางเทคนิคในลิงค์รีไซเคิล แต่ผลประโยชน์การลดการปล่อยก๊าซในขั้นตอนการใช้งานก็เพียงพอที่จะชดเชยต้นทุนด้านสิ่งแวดล้อมของระบบรีไซเคิล กระทรวงพลังงานของสหรัฐอเมริกาประมาณการว่าหากหม้อแปลงการกระจายทั่วโลกทั้งหมดถูกแทนที่ด้วยโลหะผสมอสัณฐานการลดคาร์บอนประจำปีจะเกินการปล่อยมลพิษทั้งหมดของอินเดีย
เพื่อเพิ่มประโยชน์ต่อสิ่งแวดล้อมของหม้อแปลงโลหะผสมอสัณฐานจะต้องสร้างระบบนวัตกรรมสามระดับ:
การปฏิวัติวัสดุ: โลหะผสมนาโนผลึกนาโนผลึก Fe-si-b-cu ที่พัฒนาโดย Antai Technology ช่วยเพิ่มความเหนียว 300% ในขณะที่ยังคงลักษณะการสูญเสียต่ำ
นวัตกรรมกระบวนการ: การออกแบบแบบแยกส่วนของ ABB ทำให้วงจรการเปลี่ยนส่วนประกอบหลักลดลงเหลือ 4 ชั่วโมงและปรับปรุงประสิทธิภาพการรีไซเคิล 40%
นโยบายไดรฟ์: กฎระเบียบ Ecodesign 2023 ที่ประกาศใช้ใหม่ของสหภาพยุโรป ได้แก่ หม้อแปลงโลหะผสมอสัณฐานในมาตรฐานประสิทธิภาพการใช้พลังงาน A และเงินอุดหนุนการรีไซเคิลที่รองรับถึง 15% ของราคาอุปกรณ์ราคาอุปกรณ์
สถาบันวิจัยพลังงานไฟฟ้าของจีนแนะนำให้จัดตั้งกลไกการเชื่อมโยง "กองทุนการรีไซเคิลเครดิตคาร์บอน" เพื่อป้อนการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีการรีไซเคิลผ่านรายได้จากตลาดคาร์บอนเพื่อจัดตั้งธุรกิจปิดอย่างยั่งยืน
ภายใต้แรงกดดันคู่ของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและวิกฤตพลังงานหม้อแปลงชนิดแห้งอัลลอยอสัณฐานไม่เพียง แต่เป็นตัวแทนของความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์วัสดุ แต่ยังเป็นศูนย์กลางสำหรับการสร้างนิเวศวิทยาของอุปกรณ์ไฟฟ้า เมื่อนวัตกรรมทางเทคโนโลยีผ่านคอขวดรีไซเคิลและการออกแบบนโยบายเปิดใช้งานโมเมนตัมของตลาด "หม้อแปลงสีเขียว" นี้จะปล่อยผลประโยชน์เชิงบวกด้านสิ่งแวดล้อมแบบทวีคูณ-นี่ไม่เพียง แต่เป็นความรับผิดชอบของ ESG ขององค์กรเท่านั้น แต่ยังเป็นวิธีเดียวสำหรับการปฏิวัติพลังงานของมนุษย์ ในทศวรรษหน้าใครก็ตามที่สามารถเป็นผู้นำในการจัดการวงจรชีวิตเต็มรูปแบบของโลหะผสมอสัณฐานจะครองวาทกรรมสีเขียวใน Global Smart Grid.