Kömür Endüstrisini Karbon Noktalarıyla Yeniden Tasarlamak

Aralık 2023'te, Taraflar Konferansı'nda (COP) 198 imza sahibi ülke toplu olarak şu hususta mutabakata vardı: dünyanın “geçişi” gerekiyor Sera gazı emisyonlarını 2050 yılına kadar neredeyse sıfıra indirmek için kömür gibi fosil yakıtlardan "adil, düzenli ve hakkaniyetli bir şekilde" faydalanılması. Ancak henüz bir zaman çizelgesi yok, dolayısıyla fosil yakıtlar dünyanın her yerinde ekonomilerin temel direği olacak. gelecek yıllar.

Kömür dünyanın en baskın ve en karbon yoğunluklu enerji kaynağıdır. Dört ana kömür türü şunları içerir:

(i) Antrasit
(ii) Bitümlü
(iii) Alt bitümlü
(iv) Linyit

Bu fosil yakıt %37’den fazlasını oluşturuyor Evlere ve endüstrilere enerji sağlanmasında ve dünyadaki enerji yoksulluğunun hafifletilmesinde temel bir rol oynayan küresel elektrik arzının önemli bir parçası. Bugün bile dünya genelinde yaklaşık 860 milyon insan elektriğe erişimi olmadan yaşıyor. Bu nedenle modern yaşam kömürsüz düşünülemez.

Fosil yakıtlara olan talebin yıl içinde %2023 artarak ilk kez 1.4 milyar mt'u aşmasıyla küresel kömür kullanımı 8.5'te rekor seviyeye ulaştı. rapor Uluslararası Enerji Ajansı (IEA). Küresel tüketiminin 8'da 2026 milyar mt'un üzerinde kalacağı tahmin ediliyor.

Kömür, diğer fosil yakıtlara göre önemli ölçüde daha ucuz ve daha erişilebilir olması nedeniyle hızla artan enerji tüketimi sorununun üstesinden gelmek için önemli bir kaynaktır. Petrol ve gazdan farklı olarak dünyanın her yerinde bol miktarda bulunabilir.

Kömürün özelliği, yüksek basınçlı boru hatlarına, masraflı işlemlere veya nakliye sırasında pahalı korumaya ihtiyaç duymamasıdır; bu da, diğer yüksek derecede yanıcı fosil yakıtlara göre depolanmasını ve taşınmasını daha kolay hale getirir. Ayrıca, uzun ve maliyetli bir rafinasyon süreci gerektiren diğer fosil yakıtların aksine, kömürün kullanılmadan önce yalnızca çıkarılması gerekiyor. 

Kömür rezervlerinin gezegenin her yerine çok daha eşit bir şekilde dağıtıldığından bahsetmiyorum bile. Ocak 2020 itibarıyla ABD, dünyanın en büyük kömür rezervleriTahminen 90 milyar tonla tüm fosil yakıt rezervlerinin yaklaşık %250'ını oluşturmaktadır.

Daha ucuz ve erişilebilir olmasının yanı sıra kömür çok yönlüdür ve çeşitli işlemlerde kullanılabilir. Kömür öncelikle dünya çapında elektrik üretimi için kullanılıyor ve aslında uygun fiyatlı bir enerji türü; kömürden üretilen elektrik, diğer kaynaklardan üretilen elektriğe göre daha ucuz. 

ABD'de bile kömür, enerji santrallerinde fosil yakıtların yakılmasıyla elektrik üretiminde kullanılıyor. Buradan elde edilen ısı, suyu yüksek basınçlı buhara dönüştürmek için kullanılıyor, bu da bir türbini çalıştırıyor ve daha sonra elektrik üretiyor. ABD Enerji Bilgi İdaresi'ne göre, 2019'da ABD'deki tüm elektriğin yaklaşık %23'ü kömürle çalışan enerji santralleri tarafından üretildi.

Bu fosil yakıt aynı zamanda çelik ve beton üretiminde de kullanılıyor ve alüminyum ve bakır gibi diğer metallerin yanı sıra demir yapımında da temel bir bileşen. Kömür ve yan ürünleri ayrıca su filtrelerinde ve hava temizleme sistemlerinde, uçak ve otomobil yapımında, ilaçlarda ve nadir toprak elementlerinin çıkarılmasına yönelik kimyasal işlemlerde kullanılmaktadır.

Ayrıca, kömürden gaza dönüştürme projelerinin çoğunluğu ABD ve Çin'de, birkaçı ise Avustralya, Kanada, Hindistan, Güney Afrika ve Endonezya'da olmak üzere kömürün gazlaştırma ve sıvılaştırma kullanım durumları vardır. Amonyak, metanol ve üre gibi kimyasal yapı taşlarının üretilmesinin yanı sıra kağıt, tekstil ve cam endüstrilerinde de kömür kullanılmaktadır. Karbon fiber üretiminin yanı sıra kişisel bakım ve ev sektörlerine yönelik bileşenlerin üretiminde kullanılan silikon metaller gibi bileşenler de sağlıyor.

Kömürün bolluğuna, satın alınabilirliğine ve güvenilirliğine rağmen sektör, iklim değişikliğinin etkeni olarak tanımlanan sıfır emisyona yönelik teknolojiler ve yollar geliştirme konusunda zorluklarla karşı karşıya.

Atmosferdeki CO2 ile mücadelenin yolunun önleme mi yoksa tedavi mi olduğunu öğrenmek için burayı tıklayın.

Kömürün Ekonomik Rolünün Yeniden Değerlendirilmesi

Dünyanın dört bir yanındaki ülkeler, iklim değişikliğine katkılarından dolayı diğer enerji üretim yöntemlerine geçme sözü verirken, araştırmacılar ve bilim insanları kömürden yararlanmanın başka yollarını arıyor. 

Fosil yakıtın ekonomik rolünü yeniden değerlendirmek için Tayvan Yarı İletken Üretim Şirketi, Ulusal Enerji Teknolojisi Laboratuvarı, Illinois Üniversitesi Urbana-Champaign ve Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı bir araya geldi. ortak araştırma çabası ve kömürün yeni nesil elektronik cihazlarda oynayabileceği kritik rolü ortaya koyuyor.

Son yıllarda elektriksel, optik ve mekanik özelliklerinden dolayı 2 boyutlu malzemeler alanında pek çok araştırma yapılıyor. Bir dizi atomik olarak ince 2 boyutlu malzemenin sentezi, bilinmeyen özelliklerin keşfedilmesine olanak tanıyan katman katman malzemeler için yeni bir platform açarak bir dizi yeni teknoloji vaat ediyor. 

2D katmanlı yarı iletkenler, yüksek mobilite, düşük güçte anahtarlama, nispeten geniş bant aralığı ve geniş alanlı büyüme yöntemlerinin kullanılabilirliği gibi özelliklere sahiptir ve bu da onları yeni nesil elektronikler için umut verici bir aday haline getirmektedir. Artık kömürün bu tür elektroniklerde kullanılması için denemeler yapılıyor. 

"Kömürün genellikle hantal ve kirli bir şey olduğu düşünülür, ancak geliştirdiğimiz işleme teknikleri onu yalnızca birkaç atom kalınlığında yüksek saflıkta malzemelere dönüştürebilir." 

- bu çabaya ortak liderlik eden ABD'li malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü Qing Cao dedi. 

Ayrıca şunları kaydetti:

"Onların benzersiz atomik yapıları ve özellikleri, mümkün olan en küçük elektroniklerden bazılarını, son teknoloji ürünü performanstan üstün performansla yapmak için idealdir."

Bu işbirliği kapsamında araştırmacılar, kömür kömürünü "karbon noktaları" olarak adlandırılan son derece küçük karbon disklerine dönüştüren bir süreç geliştirdiler. 

Araştırma grubunun gösterdiği gibi, bu nano ölçekli karbon diskler, atomik olarak ince zarlar oluşturmak için birleştirilebilir. Bu membranlar, iki boyutlu (2D) transistörler ve memristörler gibi teknolojilerdeki uygulamalar için kullanılabilir. Araştırmacılara göre bu teknolojiler daha verimli elektroniklerin yapımında kritik öneme sahip olacak. 

İster karbon siyahı gibi geleneksel endüstriyel karbon, ister grafit ve karbon fiberler gibi yeni endüstriyel karbon olsun, karbon bazlı malzemeler malzeme biliminin gelişiminde önemli rol oynasa da, makroskobik karbon malzemesi, yapısından dolayı gerçekten etkili bir floresan malzeme olarak kullanılamaz. uygun bant aralığının olmaması. Karbon noktalarının (CD'ler) umut verici bir çözüm olarak ortaya çıktığı yer burasıdır.

Karbon noktaları veya CD'ler, çeşitli fizikokimyasal özelliklerinden dolayı büyük ilgi ve araştırma ilgisi toplayan yeni bir tür karbon bazlı nanomateryaldir. Karbon noktaları titizlikle formüle edilmiştir ve genellikle boyutu 10 nm'den küçüktür. Bu karbon bazlı nanomateryal, küçük boyut, çevre dostu olma, düşük maliyet, düşük toksisite, yüksek stabilite, iyi biyouyumluluk, elektron hareketliliği, yüksek kuantum verimi, bol miktarda fonksiyonel grup ve güçlü absorpsiyon, fotolüminesans ve fosforesans gibi benzersiz optik özellikler gibi özelliklere sahiptir.

Tüm bu nitelikler, karbon ailesindeki bu yeni malzemenin bu kadar popüler olmasını ve birçok uygulamaya sahip olmasını sağlıyor. Bu içerir:

• Sensörler
• Bilgi şifreleme
• fotokataliz
• Işık yayan diyotlar
• Kimyasal algılama
• Güneş hücreleri
• süperkapasitörler
• Şarj edilebilir piller
• Biyogörüntüleme
• fototerapi
• gen teslimi
• Drudge teslimatı
• Patlayıcı algılama
• Nanotıp
• Besin Güvenliği
• kalpazanlık

Metanın iklim hedeflerine ulaşmada nasıl anahtar olabileceğini öğrenin.

Kömür Yeni Nesil Elektronikte Hayati Bir Rol Oynayacak 

Dünyanın her yerindeki araştırmacılar ve bilim insanları daha küçük, daha hızlı ve daha gelişmiş elektronikler yapmak için çalışıyorlar. Bu, yalnızca bir veya iki atom kalınlığındaki malzemelerden yapılmış cihazların çok daha hızlı çalıştığı ve çok daha az enerji tükettiği anlamına geliyor. 

Bu cihazlara yönelik ultra incelik ile ilgili birçok çalışma yapılmıştır. yarı iletkenlerancak şimdi transistörler ve memristörler gibi çalışan elektronik cihazların inşa edilmesi için atomik olarak ince yalıtkanlar üzerinde kapsamlı araştırmaların yapılması gerekiyor.

Malzemeler söz konusu olduğunda, elektrik akımını iletme yeteneklerine göre iletkenler, yarı iletkenler ve yalıtkanlar olarak ayrılırlar. Elektrik direncinin düşük olması nedeniyle elektriği kolaylıkla ileten bakır, pirinç, çelik, altın, alüminyum gibi malzemelere iletken denir. 

Yalıtkanlar, elektriği kolaylıkla iletmeyen cam, hava, ahşap, plastik ve kauçuk gibi malzemelerdir. Bu arada, silikon (Si), germanyum (Ge) ve selenyum (Se) gibi malzemelerin yanı sıra galyum arsenit (GaAs) ve indiyum antimonid (InSb) gibi bileşiklerin elektriksel iletkenlik değeri bir iletken ile iletkeninki arasında kalan bir değere sahiptir. bir yalıtkan.

Yarı iletkenin direnci sıcaklık arttıkça düşer, yarı iletkenin iletkenliği ise sıcaklık arttıkça artar.

İzolatörler, ısı akışını düzenlemek için duvar yalıtımı, termal ve dielektrik bariyerler için fırın yalıtımı, bozulmaları önlemek için ses yalıtımı ve ev devrelerinde ve ticari ve tüketim mallarındaki kapasitörlerde elektrik yalıtımı dahil olmak üzere geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir. Kullandığımız hemen hemen her cihazda bulunan küçük transistörler ve güneş panellerinde güneş ışığını elektriğe dönüştürmek için kullanılan güneş pilleri gibi yarı iletkenler de etrafımızdadır.

Yalıtkanlarda değerlik ve iletim bantları arasındaki enerji aralığı çok geniştir (yaklaşık 15 eV), yarı iletkenlerde ise bu boşluk çok küçüktür (yaklaşık 1 eV). 

Son araştırmaya göre, düzensiz atomik yapılara sahip atomik olarak ince karbon katmanları, ekibin kömürden türetilmiş karbon noktalarından yarattığı 2 boyutlu cihazların yapımında mükemmel bir yalıtkan olarak işlev görebilir.

Şimdi, kömürden türetilen karbon katmanlarının potansiyelini göstermek için araştırmacılar bunları 2 boyutlu transistörlerde geçit dielektrik olarak kullandılar. Yarı iletken molibden disülfit üzerine inşa edilen ekip, daha düşük enerji tüketimiyle iki kat daha hızlı çalışan bir cihaz yarattı. 

Bu kömürden türetilmiş karbon katmanları, geleneksel 3D yalıtkanların yüzeylerinde bol miktarda bulunan "sarkan bağlara" sahip değildir. Etkili bir şekilde "tuzak" olarak işlev görerek, 3 boyutlu yalıtkanların elektriksel özelliklerini değiştirerek mobil yüklerin taşınmasını yavaşlatarak transistörün anahtarlama hızına neden olurlar. 

Bununla birlikte, yeni kömürden türetilen karbon katmanları, diğer atomik olarak ince malzemelerin aksine amorftur ve istenmeyen elektrik akımları yalıtkandan akarak cihazın çalışması sırasında önemli miktarda ek güç tüketimine yol açar. Bay Qing Cao şunları söyledi:

“Bu gerçekten oldukça heyecan verici, çünkü normalde düşük teknoloji olarak gördüğümüz kömürün, mikroelektroniğin son teknolojisiyle doğrudan bağlantılı olduğu ilk sefer bu.” 

Araştırmacılar tarafından ortaya konan bir başka uygulama da, yapay zekanın (AI) uygulanmasını önemli ölçüde geliştiren, verileri depolayabilen ve bunlar üzerinde çalışabilen elektronik bileşenler olan memristörlerdir. Bu cihazlar, iletken bir filamanı modüle ederek verileri depolar ve temsil eder.

Araştırmacılar, yalıtkan olarak ultra ince karbon katmanları kullanarak, cihazın düşük güçle yüksek hızda çalışmasını sağlayan bu filamanın düşük enerji tüketimiyle hızlı bir şekilde oluşmasını sağlamayı başardılar. Ek olarak, bu kömürden türetilmiş karbon katmanlarındaki atomik büyüklükteki halkalar, daha fazla veri depolama güvenilirliği için tekrarlanabilir cihaz işlemlerini iyileştirmek üzere filamanı yakalar.

Bu yeni cihazlar, kömürden elde edilen karbon katmanlarının 2 boyutlu cihazlarda kullanılabileceğini gösteriyor. Bir sonraki adımda, ortak çaba, büyük ölçekte uygulanabilecek bir "kömür bazlı karbon izolatörleri için üretim süreci" geliştirmeye doğru ilerleyecek.

Yeni Yaklaşımdan Faydalanmak 

Dünya, sera gazı emisyonlarını azaltmaya yönelik artan odaklanma nedeniyle karbondan uzaklaşırken, sektörde karbonu yeniden değerlendirmek için devam eden araştırmalar, yarı iletken üreticileri gibi farklı endüstrilerin gelecekte karbonun yeni biçimlerinden yararlandığını görebilir. Öyleyse gelin bu tür yaklaşımları benimseyen bazı şirketlere göz atalım. 

# 1. Tayvan Yarıiletken İmalatı 

Bu, sektördeki en ileri süreç teknolojilerini kullanan dünyanın en büyük çip üreticisidir. Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., aralarında NVIDIA, AMD, Intel ve Apple'ın da bulunduğu birçok yüksek profilli müşterinin ihtiyaçlarını karşılamasıyla biliniyor. Şirketin ürün uygulama yelpazesi geniş elektrik endüstrisini kapsamaktadır ve üç kıtaya yayılmış fabrikalarıyla tüm dünyaya yavaş yavaş genişlemektedir.

530.26 milyar dolarlık piyasa değeriyle TSM hisseleri şu anda yılbaşından bugüne (YTD) %101.40 düşüşle 1.69 dolardan işlem görüyor. Şirket, on iki ayda (TTM) 69.84 milyar dolar gelir elde ederken, EPS (TTM) 5.36, F/K (TTM) 19.08 ve ROE (TTM) ise %29.43 oldu. Taiwan Semiconductor Manufacturing ayrıca %1.88 oranında temettü getirisi ödüyor.

# 2. NVIDIA Corporation 

Bu şirket oyunlar, dizüstü bilgisayarlar, veri merkezleri ve uygulamalar için donanım ve yazılım geliştiriyor ve özellikle oyunlar, kripto madenciliği ve yapay zeka da dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için grafik işleme birimleri (GPU'lar) oluşturmasıyla tanınıyor. 

Son zamanlarda Nvidia, video oyunu tutkunlarının yanı sıra yapay zeka uygulamalarını yerel olarak çalıştırmaya yönelik yeni masaüstü grafik işlemcisi GeForce RTX 40 SUPER Serisini tanıttı. Nvidia, dört Çinli EV markasının kendi teknolojisini otomatik sürüş sistemleri için kullanacağını açıklayarak Çin'in EV sektöründeki erişimini de genişletiyor.

1.29 trilyon dolarlık piyasa değeriyle NVDA hisseleri şu anda yılbaşından bugüne (YTD) %522.58 artışla 5.5 dolardan işlem görüyor. Şirket, son on iki ayda (TTM) 44.87 milyar dolar gelir elde ederken, EPS (TTM) 7.57, F/K (TTM) 68.99 ve ROE (TTM) ise %69.17 oldu. Nvidia ayrıca %0.03 oranında temettü getirisi ödüyor.

# 3. Advanced Micro Devices, Inc. 

Bu CPU ve GPU tasarımcısı, AMD'nin en hızlı entegre grafik hızlandırıcıya sahip olduğunu söylediği Ryzen 8000 7G'nin başını çektiği Ryzen 8700G serisini yakın zamanda duyuran en büyük çip şirketlerinden biri. Bu arada, Advanced Micro Devices'ın en yeni GPU'su Radeon serisi, oyuncu pazarının alt ve orta kesimine hitap ediyor.

Piyasa değeri 236.154 milyar dolar olan AMD hisseleri şu anda yılbaşından bugüne (YTD) %145.21 düşüşle 0.83 dolardan işlem görüyor. Şirket, on iki ayda (TTM) 22.11 milyar dolar gelir elde ederken, EPS (TTM) 0.13, F/K (TTM) 1,152.84 ve ROE (TTM) ise %0.38 oldu. 

Sonuç

Görebildiğimiz gibi, kömür endüstrisi, onları gelecek nesil elektronik cihazlarda gerçekten yararlı kılabilecek bazı benzersiz özellikleri sergileyen karbon noktaları oluşturarak kömürün değerini ve hizmet ettiği rolü ortaya çıkarmaya çalışan bilim adamları ve araştırmacılarla birlikte dönüşüyor. Bu şekilde kömür endüstrisi, elektronik teknolojilerinin geleceğini sürdürülebilir bir şekilde şekillendirmeye yardımcı olabilir.