I de förenade arabemiratens öknar är ett massivt projekt för ren energi – som täcker en yta ungefär lika stor som 12 600 fotbollsplaner – på väg att uppnå ett genombrott: att använda solkraft för att leverera energi motsvarande en halv miljon hem under hela natten. Gulfstaten har stadigt kombinerat 5,2 gigawatt (GW) solkapacitet med 19 gigawattimmar (GWh) batterilagring för att skapa världens största batterisystem.
Samtidigt, ungefär 12 000 kilometer bort vid USA:s nationella laboratorium för förnybar energi i Colorado, utvecklar forskare och ingenjörer några av de minsta batterier som någonsin tillverkats. Dessa är små jämfört med de litiumjonbatterier i nätverksskala som används för att lagra förnybar energi. De är utformade för att driva elektroniska märken som ska spåra unga laxar och ålar, vilka är cirka 7,5 cm långa.
Medan traditionella litiumjonbatterier tänjer gränserna för storlek och skala, kan andra typer av batterier spela en lika viktig roll för att utnyttja koldioxidsnål energi – utan behov av kritiska mineraler som litium, kobolt och nickel, vilka har väckt oro för miljöskador och skada på utsatta samhällen.
Till skillnad från litiumjonbatterier, som har ett begränsat antal laddnings- och urladdningscykler, kan många av dessa alternativa batteritekniker användas på obestämd tid och återvinnas efter att deras 20-åriga livslängd är slut. Utvecklare vänder sig redan till en bred uppsättning material för att lagra förnybar el när den är tillgänglig och använda den för att driva allt från bärbar teknik till värmenät, fabriker och till och med missiler.
Här är några av de mest innovativa energilagringsteknikerna som gör rubriker.
Flytande luft
I slutet av förra året, på platsen för ett tidigare koleldat kraftverk i Trafford, markerade den tidigare borgmästaren i Greater Manchester starten för byggandet av ett efterlängtat energilagringsprojekt som kan utlösa en "återindustrialisering" av regionen. Andy Burnham sade att utvecklingen av Trafford green cluster, som inkluderar Carringtons "flytande luft"-kryobatteri, kan göra "detta decennium till det mest spännande sedan den viktorianska perioden för Greater Manchester."
Enkelt uttryckt syftar Carrington-projektet – utvecklat av den brittiska startupen Highview Power – till att fånga förnybar energi när den är riklig och lagra den som flytande luft. I teorin kan ett "kryobatteri" lagra energi i timmar, dagar eller till och med veckor. Vetenskapen är mer komplex: Carrington använder överskottsenergi från förnybara källor för att kyla luft till -196°C, vilket omvandlar den till en vätska som tar upp 1/700 av sin ursprungliga volym. Den förblir i detta tillstånd tills förnybar energi blir knapp och marknadspriserna stiger. Därefter tillåts vätskan omvandlas tillbaka till gas, som snabbt expanderar genom en turbin för att generera elektricitet utan de utsläpp som är typiska för gaseldade kraftverk.
Projektet har stött på flera förseningar, men när det börjar fungera – förväntat i slutet av året – kommer det att tillhandahålla 300 MWh lagring och leverera 50 MW effekt i sex timmar. Det är tillräckligt med ren, förnybar energi för att driva nästan en halv miljon hem.
Smält salt
Medan energi lagras vid minusgrader i Manchester, används motsatt tillvägagångssätt i Nevadaöknen. Där genererar 10 000 speglar elektricitet för Crescent Dunes-projektet, som under de senaste 10 åren har använt solens kraft för att värma en reservoar av kalium- och natriumnitrat till 560°C. Denna temperatur kan upprätthållas i 10 timmar efter solnedgången, och den lagrade termiska energin omvandlas sedan till elektricitet genom att använda värmen för att driva en traditionell roterande turbin.
Lagring i smält salt är ett effektivt sätt att lagra ren elektricitet som värme. Dessa smältsaltbatterier fungerar som den huvudsakliga strömkällan för de flesta moderna styrda missiler och kärnvapen. De fungerar som "reservbatterier" och håller energi tills värmen från en pyroteknisk laddning – som utlöses när vapnet avfyras – frigör den lagrade energin.
På 2020-talet visade Danmark att lagring i smält salt också kunde hjälpa till att lösa utmaningen med att avkarbonisera tung industri. Landet, som är ledande inom vindkraft, avtäckte ett storskaligt smältsaltbatteriprojekt tidigare i år med en kapacitet på 1 GWh. Det kan lagra ren elektricitet i upp till två veckor genom att värma salterna till cirka 600°C. När det behövs cirkuleras det heta saltet genom en generator som producerar högtemperaturånga, vilket kan användas direkt i industriella processer.
Sand
Precis som förnybar elektricitet kan lagras genom att värma salt, kan ren energi också lagras i sand.
I den lilla staden Pornainen i södra Finland hjälper tusentals ton sand till att lagra energi som används för att värma skolor, bibliotek och stadshus. Detta bör göra det möjligt för distriktet att helt sluta använda olja i sitt lokala värmenät och minska sin användning av träflis med cirka 60%.
Sandbatteriet använder cirka 2 000 ton krossad täljsten för att lagra ren energi som värme, vilket ger 1 MW termisk effekt och en lagringskapacitet på 100 MWh. På sommaren kan sandbatteriet – cirka 13 meter högt och 15 meter brett – täcka nästan en månads värmebehov i Pornainen. På vintern kan det täcka nästan en vecka. Detta är ungefär tio gånger större än en tidigare version som lanserades i landet 2022, vilket belyser potentialen för sandbatterier att spela en större roll i att minska utsläppen i hela Finland.
Svetsteknik
I Japan undersöker forskare vid Tokyo University of Science om mänsklig svett kan vara en livskraftig energikälla för att driva bärbar teknik.
Genom att behandla kroppen som en energikälla som kan ge kontinuerlig kraft, hoppas forskarna kunna lösa problemet med att driva sensorerna i bärbara enheter utan att förlita sig på små batterier som gör dem skrymmande och kräver konstant laddning.
Som svar har de utvecklat ett tunt, bärbart plåster som genererar elektricitet direkt från mänsklig svett. Det använder en enzymatisk biobränslecell för att fånga kemiska föreningar – särskilt laktat – som frigörs i svett och omvandla dem till kraft. När svett kommer i kontakt med cellen utlöser enzymer inbäddade i plåstret en biokemisk reaktion som frigör elektroner.
Detta innebär att elektricitet kan genereras utan någon extern strömkälla, under vardagliga aktiviteter som att gå, träna eller springa ärenden.
Vanliga frågor
Här är en lista med vanliga frågor om de ovanliga batterierna som använder smält salt och mänsklig svett för att lagra förnybar energi, skrivna i en naturlig ton med tydliga enkla svar.
Frågor på nybörjarnivå
F: Vänta, använder vi verkligen mänsklig svett för att lagra energi?
S: Ja, men inte på det sätt du kanske tror. Forskare utvecklar ett ultratunt, flexibelt batteri som använder saltet i mänsklig svett som ett kemiskt bränsle. När du svettas genererar batteriet en liten mängd elektricitet – tillräckligt för att driva små sensorer eller bärbara enheter.
F: Vad är ett smältsaltbatteri?
S: Det är ett stort industriellt batteri som använder salt som värms upp tills det blir en vätska. Denna flytande salt fungerar som en svamp och lagrar värme eller elektricitet. Det används främst för att lagra energi från sol- eller vindkraft för senare användning.
F: Varför skulle vi behöva batterier gjorda av svett eller smält salt?
S: Vanliga batterier kan vara dyra, svåra att återvinna eller fatta eld. Svettbatterier är perfekta för bärbar teknik eftersom de är säkra och aldrig behöver laddas. Smältsaltbatterier är utmärkta för elnätet eftersom de kan lagra enorma mängder energi billigt och hålla i årtionden.
F: Hur fungerar ett svettbatteri egentligen?
S: Din svett innehåller salt. Ett speciellt enzym i batteriet reagerar med laktatet för att skapa en liten elektrisk ström. Ju mer du svettas, desto mer kraft producerar det.
F: Kan ett smältsaltbatteri driva mitt hus?
S: Ja, men inte direkt. Dessa batterier byggs vanligtvis i stor skala för hela stadsdelar eller solparker. De lagrar värme och omvandlar den senare till elektricitet för att driva tusentals hem.
Avancerade tekniska frågor
F: Vad är den största fördelen med smältsaltbatterier jämfört med litiumjon?
S: Kostnad och livslängd. Smält salt använder billiga, rikliga material. De kan hålla i 20–30 år utan att förlora mycket kapacitet, medan litiumbatterier börjar försämras efter 5–10 år. De fattar inte heller eld.
F: Hur varmt blir saltet i ett smältsaltbatteri?
