Untuk Kehidupan: Pembangkit Listrik Tenaga Air yang Ramah Lingkungan

Natel Energy, yang didirikan oleh saudara kandung alumni MIT, menerapkan sistem tenaga air dengan turbin yang aman untuk ikan dan fitur lain yang meniru kondisi sungai alami. Tumbuh di sebuah peternakan di Texas, selalu ada sesuatu untuk dilakukan oleh saudara kandung Gia Schneider '99 dan Abe Schneider '02, SM '03. Tetapi setiap hari Sabtu pukul 2 siang, tidak peduli apa, keluarga akan pergi ke sungai setempat untuk memancing, membangun bendungan batu dan ayunan tali, dan menikmati alam.

Akhirnya keluarga itu mulai pergi ke sungai terpencil di Colorado setiap musim panas. Sungai itu bercabang dua; satu sisi dikelola oleh peternak yang menghancurkan fitur alam seperti bendungan berang-berang, sementara sisi lain tetap tak tersentuh. Keluarga tersebut memperhatikan bahwa penangkapan ikan lebih baik di sisi yang dilestarikan, yang membuat Abe mencoba mengukur kesehatan kedua ekosistem sungai. Di sekolah menengah, ia ikut menulis penelitian yang menunjukkan ada serangga yang lebih bermanfaat di dasar sungai dengan bendungan berang-berang.

Pengalaman itu memberi pelajaran yang membekas bagi kedua bersaudara itu. Saat ini mereka adalah salah satu pendiri Natel Energy, sebuah perusahaan yang mencoba meniru ekosistem sungai alami dengan sistem tenaga air yang lebih berkelanjutan daripada pembangkit listrik tenaga air konvensional.

"Pengambilan besar bagi kami, dan apa yang telah kami lakukan selama ini, adalah memikirkan cara agar infrastruktur dapat membantu meningkatkan kesehatan lingkungan kita --- dan bendungan berang-berang adalah contoh infrastruktur yang baik yang sebelumnya tidak akan ada di sana. mendukung populasi hewan lain," kata Abe. "Ini adalah motivator untuk gagasan bahwa tenaga air dapat membantu memperbaiki lingkungan daripada merusak lingkungan."

Melalui turbin baru yang aman untuk ikan dan fitur lain yang dirancang untuk meniru kondisi sungai alami, para pendiri mengatakan pabrik mereka dapat menjembatani kesenjangan antara efisiensi pembangkit listrik dan kelestarian lingkungan. Dengan memperbaiki pembangkit listrik tenaga air yang ada dan mengembangkan proyek baru, para pendiri percaya bahwa mereka dapat meningkatkan industri tenaga air yang sejauh ini merupakan sumber listrik terbarukan terbesar di dunia tetapi belum tumbuh dalam pembangkit energi sebanyak angin dan matahari dalam beberapa tahun terakhir.

"Pembangkit listrik tenaga air dibangun hari ini dengan hanya memikirkan output daya, berlawanan dengan gagasan bahwa jika kita ingin membuka pertumbuhan, kita harus menyelesaikan efisiensi dan keberlanjutan sungai," kata Gia.

Misi hidup

Asal usul Natel tidak berasal dari satu peristiwa tetapi dari peristiwa seumur hidup. Ayah Abe dan Gia adalah seorang penemu dan penggila energi terbarukan yang merancang dan membangun pondok kayu tempat mereka dibesarkan. Tanpa televisi, hiburan yang disukai anak-anak adalah membaca buku atau berada di luar. Air di rumah mereka dipompa oleh listrik yang dihasilkan menggunakan kincir angin mekanis di sisi utara rumah.

"Kami tumbuh dengan menggantung pakaian, dan itu bukan karena kami terlalu miskin untuk memiliki pengering, tetapi karena segala sesuatu tentang keberadaan kami dan penggunaan energi kami didorong oleh gagasan bahwa kami perlu membuat keputusan sadar tentang keberlanjutan. ," kata Abi.

Salah satu hal yang membuat kedua kakak beradik itu terpesona adalah pembangkit listrik tenaga air. Di sekolah menengah, Abe ingat menyadap temannya yang pandai matematika untuk membantunya merancang turbin air baru.

Kedua bersaudara ini mengaku datang ke MIT adalah kejutan budaya yang besar, tetapi mereka menyukai suasana pemecahan masalah dan kewirausahaan yang merasuki kampus. Gia datang ke MIT pada tahun 1995 dan mengambil jurusan teknik kimia sementara Abe mengikuti tiga tahun kemudian dan mengambil jurusan teknik mesin untuk gelar sarjana dan masternya.

Selama ini, mereka tidak pernah melupakan pembangkit listrik tenaga air. Dalam Kompetisi Kewirausahaan $ 100K MIT tahun 1998 (yang pada saat itu $ 50K), mereka mengajukan ide untuk pembangkit listrik tenaga air berdasarkan desain turbin linier. Mereka dinobatkan sebagai finalis dalam kompetisi, tetapi masih menginginkan lebih banyak pengalaman industri sebelum memulai sebuah perusahaan. Setelah lulus, Abe bekerja sebagai insinyur mesin dan melakukan beberapa pekerjaan konsultasi dengan operator pembangkit listrik tenaga air kecil sementara Gia bekerja di meja energi beberapa perusahaan keuangan besar.

Pada tahun 2009, saudara kandung, bersama dengan mendiang ayah mereka, Daniel, menerima hibah usaha kecil sebesar $200,000 dan secara resmi meluncurkan Natel Energy.

Antara 2009 dan 2019, para pendiri mengerjakan desain turbin linier yang digambarkan Abe sebagai turbin pada ban berjalan. Mereka mematenkan dan menerapkan sistem di beberapa lokasi, tetapi masalah memastikan jalur ikan yang aman tetap ada.

Kemudian para pendiri melakukan beberapa pemodelan yang menunjukkan bahwa mereka dapat mencapai efisiensi pembangkit listrik yang tinggi dengan menggunakan tepi yang sangat bulat pada bilah turbin --- berbeda dengan bilah tajam yang biasanya digunakan untuk turbin tenaga air. Wawasan tersebut membuat mereka sadar jika mereka tidak membutuhkan mata pisau yang tajam, mungkin mereka tidak membutuhkan turbin baru yang rumit.

"Ini sangat berlawanan dengan intuisi, tetapi kami mengatakan mungkin kami dapat mencapai hasil yang sama dengan turbin baling-baling, yang merupakan jenis yang paling umum," kata Abe. "Ini dimulai sebagai lelucon --- atau tantangan --- dan saya melakukan beberapa pemodelan dan dengan cepat menyadari, 'Astaga, ini benar-benar bisa berhasil!' Alih-alih memiliki powertrain dengan kompleksitas satu dekade, Anda memiliki powertrain yang memilikinya. bagian yang bergerak, dan hampir tidak ada perubahan dalam pemuatan, dalam faktor bentuk yang digunakan oleh seluruh industri."

Turbin yang dikembangkan Natel memiliki bilah tebal yang memungkinkan lebih dari 99 persen ikan melewatinya dengan aman, menurut pengujian pihak ketiga. Turbin Natel juga memungkinkan lewatnya sedimen sungai yang penting dan dapat digabungkan dengan struktur yang meniru fitur alami sungai seperti kemacetan kayu, bendungan berang-berang, dan lengkungan batu.

"Kami menginginkan mesin yang seefisien mungkin, tetapi kami juga menginginkan mesin yang paling aman untuk ikan, dan persimpangan itu telah menghasilkan kekayaan intelektual kami yang unik," kata Gia.

Pembangkit listrik tenaga air daya super

Natel telah memasang dua versi turbin terbarunya, yang disebut Restoration Hydro Turbine, di pabrik yang ada di Maine dan Oregon. Perusahaan berharap pada akhir tahun ini, dua lagi akan dikerahkan, termasuk satu di Eropa, pasar utama bagi Natel karena peraturan lingkungan yang lebih kuat untuk pembangkit listrik tenaga air.

Sejak pemasangannya, para pendiri mengatakan dua turbin pertama telah mengubah lebih dari 90 persen energi yang tersedia di air menjadi energi di turbin, efisiensi yang sebanding dengan turbin konvensional.

Ke depan, Natel percaya bahwa sistemnya memiliki peran penting dalam meningkatkan industri tenaga air, yang menghadapi peningkatan pengawasan dan peraturan lingkungan yang dapat menutup banyak pembangkit yang ada. Misalnya, para pendiri mengatakan bahwa pembangkit listrik tenaga air yang berpotensi dipasang perusahaan di seluruh AS dan Eropa memiliki kapasitas total sekitar 30 gigawatt, cukup untuk memberi daya pada jutaan rumah.

Natel juga memiliki ambisi untuk membangun pabrik yang sama sekali baru di banyak bendungan non-listrik di sekitar AS dan Eropa. (Saat ini hanya 3 persen dari 80.000 bendungan Amerika Serikat yang diberi daya.) Para pendiri memperkirakan sistem mereka dapat menghasilkan sekitar 48 gigawatt listrik baru di seluruh AS dan Eropa --- setara dengan lebih dari 100 juta panel surya.

"Kami melihat angka yang cukup berarti," kata Gia. "Kami secara substansial dapat menambah pangkalan terpasang yang ada sambil juga memodernisasi pangkalan yang ada untuk terus produktif sambil memenuhi persyaratan lingkungan modern."

Secara keseluruhan, para pendiri melihat tenaga air sebagai teknologi kunci dalam transisi kami ke energi berkelanjutan, sentimen yang digemakan oleh penelitian MIT baru-baru ini.

"Hidro hari ini memasok sebagian besar layanan keandalan listrik di banyak area ini --- hal-hal seperti pengaturan tegangan, pengaturan frekuensi, penyimpanan," kata Gia. "Itu kunci untuk dipahami: Saat kita beralih ke jaringan nol-karbon, kita membutuhkan jaringan yang andal, dan hidro memiliki peran yang sangat penting dalam mendukung itu. Terutama saat kami berpikir untuk melakukan transisi ini secepat mungkin, kami akan membutuhkan setiap sumber daya nol-emisi yang bisa kami dapatkan."