Na pustyniach Zjednoczonych Emiratów Arabskich realizowany jest ogromny projekt czystej energii – zajmujący obszar wielkości około 12 600 boisk piłkarskich – który ma osiągnąć przełom: wykorzystanie energii słonecznej do zasilania równowartości pół miliona domów przez całą noc. Państwo Zatoki Perskiej systematycznie łączy 5,2 gigawata (GW) mocy słonecznej z 19 gigawatogodzinami (GWh) magazynowania energii w akumulatorach, tworząc największy na świecie system bateryjny.
Tymczasem około 7 500 mil dalej, w amerykańskim Narodowym Laboratorium Energii Odnawialnej w Kolorado, naukowcy i inżynierowie opracowują jedne z najmniejszych baterii, jakie kiedykolwiek powstały. Są one maleńkie w porównaniu z akumulatorami litowo-jonowymi skali sieciowej, używanymi do magazynowania energii odnawialnej. Zostały zaprojektowane do zasilania elektronicznych znaczników, które będą śledzić młodego łososia i węgorze, mające około 3 cali (7,5 cm) długości.
Podczas gdy tradycyjne akumulatory litowo-jonowe przesuwają granice rozmiaru i skali, inne typy baterii mogą odgrywać równie istotną rolę w wykorzystywaniu niskoemisyjnej energii – bez potrzeby stosowania krytycznych minerałów, takich jak lit, kobalt i nikiel, które budzą obawy dotyczące szkód dla środowiska i krzywdzenia wrażliwych społeczności.
W przeciwieństwie do akumulatorów litowo-jonowych, które mają ograniczoną liczbę cykli ładowania i rozładowania, wiele z tych alternatywnych technologii bateryjnych może być używanych bezterminowo i poddanych recyklingowi po zakończeniu 20-letniego okresu eksploatacji. Deweloperzy już sięgają po szeroką gamę materiałów, aby magazynować energię elektryczną ze źródeł odnawialnych, gdy jest dostępna, i wykorzystywać ją do zasilania wszystkiego, od technologii noszonych na ciele, przez sieci ciepłownicze, fabryki, a nawet pociski.
Oto niektóre z najbardziej innowacyjnych technologii magazynowania energii, które trafiają na nagłówki gazet.
Ciekłe powietrze
Pod koniec ubiegłego roku, na terenie dawnej elektrowni węglowej w Trafford, były burmistrz Wielkiego Manchesteru zaznaczył rozpoczęcie budowy długo oczekiwanego projektu magazynowania energii, który może zapoczątkować „reindustrializację” regionu. Andy Burnham powiedział, że rozwój zielonego klastra Trafford, który obejmuje kriobaterię na ciekłe powietrze w Carrington, może sprawić, że „ta dekada będzie najbardziej ekscytująca od czasów wiktoriańskich dla Wielkiego Manchesteru”.
Mówiąc w uproszczeniu, projekt Carrington – opracowany przez brytyjski startup Highview Power – ma na celu wychwytywanie energii odnawialnej, gdy jest jej pod dostatkiem, i magazynowanie jej w postaci ciekłego powietrza. Teoretycznie „kriobateria” może przechowywać energię przez godziny, dni, a nawet tygodnie. Nauka jest bardziej złożona: Carrington wykorzystuje nadwyżkę energii odnawialnej do schłodzenia powietrza do -196°C, zamieniając je w ciecz, która zajmuje 1/700 swojej pierwotnej objętości. Pozostaje w tym stanie, dopóki energia odnawialna nie stanie się rzadka, a ceny rynkowe nie wzrosną. Następnie ciecz może ponownie zamienić się w gaz, gwałtownie rozprężając się przez turbinę, aby wytworzyć energię elektryczną bez emisji typowych dla elektrowni gazowych.
Projekt napotkał kilka opóźnień, ale gdy zacznie działać – spodziewane jest to pod koniec roku – zapewni 300 MWh magazynowania i dostarczy 50 MW mocy przez sześć godzin. To wystarczy czystej, odnawialnej energii, aby zasilić prawie pół miliona domów.
Stopiona sól
Podczas gdy w Manchesterze energia jest magazynowana w temperaturach poniżej zera, na pustyni Nevada stosuje się odwrotne podejście. Tam 10 000 luster wytwarza energię elektryczną dla projektu Crescent Dunes, który przez ostatnie 10 lat wykorzystywał energię słoneczną do podgrzewania zbiornika azotanu potasu i sodu do temperatury 560°C. Temperatura ta może być utrzymywana przez 10 godzin po zachodzie słońca, a zmagazynowana energia cieplna jest następnie przekształcana w energię elektryczną poprzez wykorzystanie ciepła do napędzania tradycyjnej wirującej turbiny. Magazynowanie w stopionej soli jest skutecznym sposobem przechowywania czystej energii elektrycznej w postaci ciepła. Te baterie ze stopionej soli służą jako główne źródło zasilania większości nowoczesnych pocisków kierowanych i broni jądrowej. Działają jako „baterie rezerwowe”, przechowując energię do momentu, gdy ciepło z ładunku pirotechnicznego – uruchamianego po wystrzeleniu broni – uwolni tę zmagazynowaną energię.
W latach 20. XXI wieku Dania pokazała, że magazynowanie w stopionej soli może również pomóc w rozwiązaniu problemu dekarbonizacji przemysłu ciężkiego. Kraj, będący liderem w energetyce wiatrowej, na początku tego roku zaprezentował projekt wielkoskalowej baterii ze stopionej soli o pojemności 1 GWh. Może ona przechowywać czystą energię elektryczną przez okres do dwóch tygodni, podgrzewając sole do około 600°C. W razie potrzeby gorąca sól jest krążona przez generator, który wytwarza parę o wysokiej temperaturze, która może być wykorzystana bezpośrednio w procesach przemysłowych.
Piasek
Tak jak energię elektryczną ze źródeł odnawialnych można magazynować poprzez podgrzewanie soli, tak czystą energię można magazynować w piasku.
W małym miasteczku Pornainen w południowej Finlandii tysiące ton piasku pomagają magazynować energię wykorzystywaną do ogrzewania szkół, bibliotek i ratuszy. Powinno to pozwolić dzielnicy na całkowite zaprzestanie używania oleju w lokalnej sieci ciepłowniczej i zmniejszenie zużycia zrębków drzewnych o około 60%.
Bateria piaskowa wykorzystuje około 2000 ton kruszonego steatytu do magazynowania czystej energii w postaci ciepła, zapewniając 1 MW mocy cieplnej i pojemność magazynowania 100 MWh. Latem bateria piaskowa – o wysokości około 13 metrów i szerokości 15 metrów – może pokryć prawie miesięczne zapotrzebowanie na ciepło w Pornainen. Zimą może pokryć prawie tydzień. Jest to około dziesięciokrotnie więcej niż wcześniejsza wersja uruchomiona w kraju w 2022 roku, co podkreśla potencjał baterii piaskowych do odgrywania większej roli w redukcji emisji w całej Finlandii.
Technologia potu
W Japonii naukowcy z Tokyo University of Science badają, czy ludzki pot może być realnym źródłem energii do zasilania technologii noszonych na ciele.
Traktując ciało jako źródło energii, które może zapewnić ciągłe zasilanie, naukowcy mają nadzieję rozwiązać problem zasilania czujników w urządzeniach noszonych na ciele bez polegania na małych bateriach, które czynią je nieporęcznymi i wymagają ciągłego ładowania.
W odpowiedzi opracowali cienką, noszoną na ciele łatkę, która wytwarza energię elektryczną bezpośrednio z ludzkiego potu. Wykorzystuje ona enzymatyczne ogniwo biopaliwowe do wychwytywania związków chemicznych – zwłaszcza mleczanu – uwalnianych w pocie i przekształcania ich w energię. Kiedy pot wejdzie w kontakt z ogniwem, enzymy osadzone w łatce wywołują reakcję biochemiczną, która uwalnia elektrony.
Oznacza to, że energia elektryczna może być wytwarzana bez żadnego zewnętrznego źródła zasilania, podczas codziennych czynności, takich jak chodzenie, ćwiczenia czy załatwianie spraw.
Często zadawane pytania
Oto lista często zadawanych pytań dotyczących nietypowych baterii, które wykorzystują stopioną sól i ludzki pot do magazynowania energii odnawialnej, napisana naturalnym tonem z jasnymi, prostymi odpowiedziami.
Pytania na poziomie podstawowym
P Czy naprawdę używamy ludzkiego potu do magazynowania energii
O Tak, ale nie w taki sposób, jak myślisz. Naukowcy opracowują supercienką, elastyczną baterię, która wykorzystuje sól zawartą w ludzkim pocie jako paliwo chemiczne. Kiedy się pocisz, bateria wytwarza niewielką ilość energii elektrycznej – wystarczającą do zasilania maleńkich czujników lub urządzeń noszonych na ciele.
P Co to jest bateria ze stopionej soli
O To duża, przemysłowa bateria, która wykorzystuje sól podgrzaną do momentu, aż stanie się cieczą. Ta ciekła sól działa jak gąbka, magazynując ciepło lub energię elektryczną. Jest używana głównie do magazynowania energii ze słońca lub wiatru do późniejszego wykorzystania.
P Po co nam baterie wykonane z potu lub stopionej soli
O Zwykłe baterie mogą być drogie, trudne do recyklingu lub mogą się zapalić. Baterie potowe są idealne do urządzeń noszonych na ciele, ponieważ są bezpieczne i nigdy nie wymagają ładowania. Baterie ze stopionej soli są świetne dla sieci energetycznej, ponieważ mogą magazynować ogromne ilości energii tanio i działać przez dziesięciolecia.
P Jak właściwie działa bateria potowa
O Twój pot zawiera sól. Specjalny enzym w baterii reaguje z mleczanem, tworząc maleńki prąd elektryczny. Im bardziej się pocisz, tym więcej energii wytwarza.
P Czy bateria ze stopionej soli może zasilić mój dom
O Tak, ale nie bezpośrednio. Te baterie są zwykle budowane na dużą skalę dla całych dzielnic lub farm słonecznych. Magazynują ciepło, a następnie zamieniają je w energię elektryczną, aby zasilić tysiące domów.
Pytania zaawansowane i techniczne
P Jaka jest największa zaleta baterii ze stopionej soli w porównaniu z litowo-jonowymi
O Koszt i żywotność. Baterie ze stopionej soli wykorzystują tanie, powszechnie dostępne materiały. Mogą działać 20–30 lat bez znacznej utraty pojemności, podczas gdy baterie litowe zaczynają tracić wydajność po 5–10 latach. Ponadto nie zapalają się.
P Jak gorąca jest sól w baterii ze stopionej soli
