Στις ερήμους των Ηνωμένων Αραβικών Εμιράτων, ένα τεράστιο έργο καθαρής ενέργειας—που εκτείνεται σε έκταση περίπου ίση με 12.600 γήπεδα ποδοσφαίρου—πρόκειται να επιτύχει μια σημαντική ανακάλυψη: τη χρήση ηλιακής ενέργειας για την παροχή ενέργειας ισοδύναμης με μισό εκατομμύριο σπίτια καθ' όλη τη διάρκεια της νύχτας. Το κράτος του Κόλπου συνδυάζει σταθερά 5,2 γιγαβάτ (GW) ηλιακής ισχύος με 19 γιγαβατώρες (GWh) αποθήκευσης μπαταριών για να δημιουργήσει το μεγαλύτερο σύστημα μπαταριών στον κόσμο.
Εν τω μεταξύ, περίπου 7.500 μίλια μακριά, στο Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας των ΗΠΑ στο Κολοράντο, ερευνητές και μηχανικοί αναπτύσσουν μερικές από τις μικρότερες μπαταρίες που έχουν κατασκευαστεί ποτέ. Αυτές είναι μικροσκοπικές σε σύγκριση με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου σε κλίμακα δικτύου που χρησιμοποιούνται για την αποθήκευση ανανεώσιμης ενέργειας. Είναι σχεδιασμένες να τροφοδοτούν ηλεκτρονικές ετικέτες που θα παρακολουθούν νεαρούς σολομούς και χέλια, τα οποία έχουν μήκος περίπου 3 ίντσες (7,5 εκατοστά).
Καθώς οι παραδοσιακές μπαταρίες ιόντων λιθίου ωθούν τα όρια του μεγέθους και της κλίμακας, άλλοι τύποι μπαταριών θα μπορούσαν να διαδραματίσουν εξίσου ζωτικό ρόλο στην αξιοποίηση της ενέργειας χαμηλών εκπομπών άνθρακα—χωρίς την ανάγκη για κρίσιμα ορυκτά όπως το λίθιο, το κοβάλτιο και το νικέλιο, τα οποία έχουν εγείρει ανησυχίες σχετικά με περιβαλλοντικές ζημιές και βλάβες σε ευάλωτες κοινότητες.
Σε αντίθεση με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου, οι οποίες έχουν περιορισμένο αριθμό κύκλων φόρτισης και εκφόρτισης, πολλές από αυτές τις εναλλακτικές τεχνολογίες μπαταριών μπορούν να χρησιμοποιηθούν επ' αόριστον και να ανακυκλωθούν μετά το τέλος της 20ετούς διάρκειας ζωής τους. Οι προγραμματιστές στρέφονται ήδη σε ένα ευρύ φάσμα υλικών για να αποθηκεύουν ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια όταν είναι διαθέσιμη και να τη χρησιμοποιούν για να τροφοδοτούν τα πάντα, από φορητές τεχνολογίες έως δίκτυα θέρμανσης, εργοστάσια, ακόμη και πυραύλους.
Ακολουθούν μερικές από τις πιο καινοτόμες τεχνολογίες αποθήκευσης ενέργειας που κάνουν είδηση.
Υγρός Αέρας
Στα τέλη του περασμένου έτους, στο χώρο ενός πρώην ανθρακωρυχείου στο Τράφορντ, ο πρώην δήμαρχος του Μείζονος Μάντσεστερ σηματοδότησε την έναρξη της κατασκευής ενός πολυαναμενόμενου έργου αποθήκευσης ενέργειας που θα μπορούσε να πυροδοτήσει την «επανεκβιομηχάνιση» της περιοχής. Ο Άντι Μπέρναμ δήλωσε ότι η ανάπτυξη της πράσινης συστάδας του Τράφορντ, η οποία περιλαμβάνει την κρυογονική μπαταρία «υγρού αέρα» του Κάρινγκτον, θα μπορούσε να κάνει «αυτή τη δεκαετία την πιο συναρπαστική από τη Βικτωριανή περίοδο για το Μείζον Μάντσεστερ».
Με απλά λόγια, το έργο του Κάρινγκτον—που αναπτύχθηκε από τη βρετανική νεοφυή επιχείρηση Highview Power—στοχεύει στη σύλληψη ανανεώσιμης ενέργειας όταν είναι άφθονη και στην αποθήκευσή της ως υγρό αέρα. Θεωρητικά, μια «κρυογονική μπαταρία» μπορεί να αποθηκεύσει ενέργεια για ώρες, ημέρες ή ακόμη και εβδομάδες. Η επιστήμη είναι πιο περίπλοκη: το Κάρινγκτον χρησιμοποιεί πλεονάζουσα ανανεώσιμη ενέργεια για να ψύξει τον αέρα στους -196°C, μετατρέποντάς τον σε υγρό που καταλαμβάνει το 1/700 του αρχικού του όγκου. Παραμένει σε αυτή την κατάσταση έως ότου η ανανεώσιμη ενέργεια γίνει σπάνια και οι τιμές της αγοράς αυξηθούν. Στη συνέχεια, το υγρό αφήνεται να μετατραπεί ξανά σε αέριο, διαστελλόμενο γρήγορα μέσω ενός στροβίλου για να παράγει ηλεκτρική ενέργεια χωρίς τις εκπομπές που είναι τυπικές των σταθμών ηλεκτροπαραγωγής με φυσικό αέριο.
Το έργο έχει αντιμετωπίσει αρκετές καθυστερήσεις, αλλά μόλις αρχίσει να λειτουργεί—αναμένεται μέχρι το τέλος του έτους—θα παρέχει 300 MWh αποθήκευσης και θα αποδίδει 50 MW ισχύος για έξι ώρες. Αυτό είναι αρκετή καθαρή, ανανεώσιμη ενέργεια για να τροφοδοτήσει σχεδόν μισό εκατομμύριο σπίτια.
Λιωμένο Αλάτι
Ενώ η ενέργεια αποθηκεύεται σε θερμοκρασίες υπό το μηδέν στο Μάντσεστερ, η αντίθετη προσέγγιση χρησιμοποιείται στην έρημο της Νεβάδα. Εκεί, 10.000 καθρέφτες παράγουν ηλεκτρική ενέργεια για το έργο Crescent Dunes, το οποίο έχει περάσει τα τελευταία 10 χρόνια χρησιμοποιώντας την ηλιακή ενέργεια για να θερμάνει μια δεξαμενή νιτρικού καλίου και νατρίου στους 560°C. Αυτή η θερμοκρασία μπορεί να διατηρηθεί για 10 ώρες μετά τη δύση του ηλίου, και η αποθηκευμένη θερμική ενέργεια μετατρέπεται στη συνέχεια σε ηλεκτρική χρησιμοποιώντας τη θερμότητα για να κινήσει έναν παραδοσιακό περιστρεφόμενο στρόβιλο. Η αποθήκευση λιωμένου άλατος είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος αποθήκευσης καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας ως θερμότητας. Αυτές οι μπαταρίες λιωμένου άλατος χρησιμεύουν ως η κύρια πηγή ενέργειας για τους περισσότερους σύγχρονους κατευθυνόμενους πυραύλους και πυρηνικά όπλα. Λειτουργούν ως «εφεδρικές μπαταρίες», διατηρώντας ενέργεια έως ότου η θερμότητα από μια πυροτεχνική γόμωση—που ενεργοποιείται όταν εκτοξεύεται το όπλο—απελευθερώσει αυτή την αποθηκευμένη ενέργεια.
Τη δεκαετία του 2020, η Δανία έδειξε ότι η αποθήκευση λιωμένου άλατος θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει στην επίλυση της πρόκλησης της απαλλαγής από τον άνθρακα της βαριάς βιομηχανίας. Η χώρα, ηγέτιδα στην αιολική ενέργεια, παρουσίασε νωρίτερα φέτος ένα έργο μπαταρίας λιωμένου άλατος μεγάλης κλίμακας χωρητικότητας 1 GWh. Μπορεί να αποθηκεύσει καθαρή ηλεκτρική ενέργεια για έως και δύο εβδομάδες θερμαίνοντας τα άλατα σε περίπου 600°C. Όταν χρειαστεί, το ζεστό αλάτι κυκλοφορεί μέσω μιας γεννήτριας που παράγει ατμό υψηλής θερμοκρασίας, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί απευθείας σε βιομηχανικές διεργασίες.
Άμμος
Ακριβώς όπως η ανανεώσιμη ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να αποθηκευτεί με τη θέρμανση άλατος, η καθαρή ενέργεια μπορεί επίσης να αποθηκευτεί σε άμμο.
Στη μικρή πόλη Πορνάινεν της νότιας Φινλανδίας, χιλιάδες τόνοι άμμου βοηθούν στην αποθήκευση ενέργειας που χρησιμοποιείται για τη θέρμανση σχολείων, βιβλιοθηκών και δημαρχείων. Αυτό θα πρέπει να επιτρέψει στην περιοχή να σταματήσει εντελώς τη χρήση πετρελαίου στο τοπικό δίκτυο θέρμανσης και να μειώσει τη χρήση ξυλοτεμαχίων κατά περίπου 60%.
Η μπαταρία άμμου χρησιμοποιεί περίπου 2.000 τόνους θρυμματισμένου σαπωνόλιθου για να αποθηκεύσει καθαρή ενέργεια ως θερμότητα, παρέχοντας 1 MW θερμικής ισχύος και χωρητικότητα αποθήκευσης 100 MWh. Το καλοκαίρι, η μπαταρία άμμου—ύψους περίπου 13 μέτρων και πλάτους 15 μέτρων—μπορεί να καλύψει σχεδόν ένα μήνα θερμικής ζήτησης στο Πορνάινεν. Το χειμώνα, μπορεί να καλύψει σχεδόν μία εβδομάδα. Αυτό είναι περίπου δέκα φορές μεγαλύτερο από μια προηγούμενη έκδοση που κυκλοφόρησε στη χώρα το 2022, υπογραμμίζοντας τις δυνατότητες των μπαταριών άμμου να διαδραματίσουν μεγαλύτερο ρόλο στη μείωση των εκπομπών σε όλη τη Φινλανδία.
Τεχνολογία Ιδρώτα
Στην Ιαπωνία, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο Επιστημών του Τόκιο διερευνούν αν ο ανθρώπινος ιδρώτας θα μπορούσε να είναι μια βιώσιμη πηγή ενέργειας για την τροφοδοσία φορητών τεχνολογιών.
Αντιμετωπίζοντας το σώμα ως μια πηγή ενέργειας που μπορεί να παρέχει συνεχή ισχύ, οι ερευνητές ελπίζουν να λύσουν το πρόβλημα της τροφοδοσίας των αισθητήρων σε φορητές συσκευές χωρίς να βασίζονται σε μικρές μπαταρίες που τις καθιστούν ογκώδεις και απαιτούν συνεχή φόρτιση.
Σε απάντηση, ανέπτυξαν ένα λεπτό, φορητό έμπλαστρο που παράγει ηλεκτρική ενέργεια απευθείας από τον ανθρώπινο ιδρώτα. Χρησιμοποιεί ένα ενζυμικό βιοκύτταρο καυσίμου για να συλλάβει χημικές ενώσεις—ιδιαίτερα το γαλακτικό οξύ—που απελευθερώνονται στον ιδρώτα και να τις μετατρέψει σε ισχύ. Όταν ο ιδρώτας έρχεται σε επαφή με το κύτταρο, ένζυμα ενσωματωμένα στο έμπλαστρο πυροδοτούν μια βιοχημική αντίδραση που απελευθερώνει ηλεκτρόνια.
Αυτό σημαίνει ότι η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να παραχθεί χωρίς εξωτερική πηγή ενέργειας, κατά τη διάρκεια καθημερινών δραστηριοτήτων όπως το περπάτημα, η άσκηση ή οι δουλειές.
Συχνές Ερωτήσεις
Ακολουθεί μια λίστα με συχνές ερωτήσεις σχετικά με τις ασυνήθιστες μπαταρίες που χρησιμοποιούν λιωμένο αλάτι και ανθρώπινο ιδρώτα για την αποθήκευση ανανεώσιμης ενέργειας, γραμμένες σε φυσικό ύφος με σαφείς και απλές απαντήσεις.
Ερωτήσεις Αρχικού Επιπέδου
Q Περιμένετε, χρησιμοποιούμε πραγματικά ανθρώπινο ιδρώτα για να αποθηκεύσουμε ενέργεια;
A Ναι, αλλά όχι με τον τρόπο που ίσως φαντάζεστε. Ερευνητές αναπτύσσουν μια εξαιρετικά λεπτή, εύκαμπτη μπαταρία που χρησιμοποιεί το αλάτι στον ανθρώπινο ιδρώτα ως χημικό καύσιμο. Όταν ιδρώνετε, η μπαταρία παράγει μια μικρή ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας—αρκετή για να τροφοδοτήσει μικροσκοπικούς αισθητήρες ή φορητές συσκευές.
Q Τι είναι μια μπαταρία λιωμένου άλατος;
A Είναι μια μεγάλη βιομηχανική μπαταρία που χρησιμοποιεί αλάτι θερμαινόμενο έως ότου γίνει υγρό. Αυτό το υγρό αλάτι λειτουργεί σαν σφουγγάρι, αποθηκεύοντας θερμότητα ή ηλεκτρική ενέργεια. Χρησιμοποιείται κυρίως για την αποθήκευση ενέργειας από ηλιακή ή αιολική ισχύ για μελλοντική χρήση.
Q Γιατί θα χρειαζόμασταν μπαταρίες από ιδρώτα ή λιωμένο αλάτι;
A Οι κανονικές μπαταρίες μπορεί να είναι ακριβές, δύσκολες στην ανακύκλωση ή να παίρνουν φωτιά. Οι μπαταρίες ιδρώτα είναι ιδανικές για φορητές συσκευές επειδή είναι ασφαλείς και δεν χρειάζονται ποτέ φόρτιση. Οι μπαταρίες λιωμένου άλατος είναι εξαιρετικές για το ηλεκτρικό δίκτυο επειδή μπορούν να αποθηκεύσουν τεράστιες ποσότητες ενέργειας φθηνά και να διαρκέσουν για δεκαετίες.
Q Πώς λειτουργεί στην πραγματικότητα μια μπαταρία ιδρώτα;
A Ο ιδρώτας σας περιέχει αλάτι. Ένα ειδικό ένζυμο στην μπαταρία αντιδρά με το γαλακτικό οξύ για να δημιουργήσει ένα μικροσκοπικό ηλεκτρικό ρεύμα. Όσο περισσότερο ιδρώνετε, τόσο περισσότερη ενέργεια παράγει.
Q Μπορεί μια μπαταρία λιωμένου άλατος να τροφοδοτήσει το σπίτι μου;
A Ναι, αλλά όχι άμεσα. Αυτές οι μπαταρίες συνήθως κατασκευάζονται σε μεγάλη κλίμακα για ολόκληρες γειτονιές ή ηλιακά πάρκα. Αποθηκεύουν θερμότητα και αργότερα τη μετατρέπουν σε ηλεκτρική ενέργεια για να τροφοδοτήσουν χιλιάδες σπίτια.
Προχωρημένες Τεχνικές Ερωτήσεις
Q Ποιο είναι το μεγαλύτερο πλεονέκτημα των μπαταριών λιωμένου άλατος έναντι των μπαταριών ιόντων λιθίου;
A Το κόστος και η διάρκεια ζωής. Το λιωμένο αλάτι χρησιμοποιεί φθηνά, άφθονα υλικά. Μπορούν να διαρκέσουν 20-30 χρόνια χωρίς να χάσουν σημαντική χωρητικότητα, ενώ οι μπαταρίες λιθίου αρχίζουν να φθείρονται μετά από 5-10 χρόνια. Επίσης, δεν παίρνουν φωτιά.
Q Πόσο ζεσταίνεται το αλάτι σε μια μπαταρία λιωμένου άλατος;
A Συνήθως μεταξύ 500°C και 600°C, ανάλογα με τον τύπο του άλατος που χρησιμοποιείται.
