Energia odnawialna pobiła w ostatnich latach kolejne rekordy produkcji, ale wraz z jej rozwojem coraz wyraźniej widać problem magazynowania. Elektrownie słoneczne produkują najwięcej energii w środku dnia, a farmy wiatrowe wtedy, gdy wieje. Tymczasem zapotrzebowanie odbiorców rzadko pokrywa się z tym rytmem. Bez odpowiednich magazynów nadwyżki energii często się marnują. Im większy udział niestabilnych źródeł w systemie, tym większe znaczenie ma możliwość przechowania energii na później.
Najpopularniejszym rozwiązaniem pozostają akumulatory litowo-jonowe, jednak ich produkcja wymaga – oczywiście – litu, ale także np. kobaltu i niklu. Wydobycie tych surowców budzi zastrzeżenia środowiskowe i społeczne, a rosnący popyt zwiększa obawy o dostępność metali w przyszłości. Dlatego naukowcy i firmy rozwijają technologie wykorzystujące znacznie bardziej nieoczywiste materiały.
Co ważne, wiele z tych systemów nie konkuruje bezpośrednio z klasycznymi bateriami. Zamiast zasilać samochody elektryczne czy telefony, mają przechowywać ogromne ilości energii dla całych miast, zakładów przemysłowych albo sieci ciepłowniczych. Ich zadaniem jest przede wszystkim stabilizowanie sieci i przesuwanie zużycia energii w czasie.
Magazyny energii z ciekłego powietrza
Jednym z najbardziej nietypowych pomysłów jest magazynowanie energii w powietrzu. W brytyjskim Trafford powstaje instalacja firmy Highview Power wykorzystująca tzw. kriobaterię.
Zasada działania jest stosunkowo prosta. Nadwyżki energii odnawialnej służą do schłodzenia powietrza do temperatury minus 196 st. C. W takich warunkach przechodzi ono w stan ciekły i zajmuje około 700 razy mniej miejsca niż gaz. Tak przechowywane może czekać wiele godzin, dni, a nawet tygodni. Gdy zapotrzebowanie na energię rośnie, ciecz ponownie zamienia się w gaz, napędzając turbinę produkującą prąd. System nie wymaga spalania paliwa, ponieważ energię odzyskuje dzięki gwałtownemu rozprężaniu ogrzewającego się powietrza.
Instalacja ma rozpocząć pracę pod koniec roku. Będzie dysponowała magazynem o pojemności 300 MWh i mocy 50 MW przez sześć godzin.Taka ilość energii wystarczy do zasilenia blisko pół miliona domów.
Projekt miał opóźnienia, ale jego uruchomienie ma pokazać, czy technologia ciekłego powietrza sprawdzi się na dużą skalę. Jej zaletą ma być możliwość przechowywania energii dłużej niż w wielu klasycznych magazynach bateryjnych.
Stopiona sól magazynuje energię przez wiele dni
Przeciwieństwem magazynowania energii w ekstremalnym zimnie jest wykorzystanie bardzo wysokich temperatur. W amerykańskim projekcie Crescent Dunes w Nevadzie tysiące luster skupiają promienie słoneczne na wieży, ogrzewając mieszaninę azotanu sodu i azotanu potasu do około 560 st. C.
Rozgrzana sól zachowuje wysoką temperaturę jeszcze przez około 10 godzin po zachodzie słońca. Zgromadzone ciepło służy następnie do wytworzenia pary napędzającej klasyczną turbinę elektryczną. W praktyce energia elektryczna zostaje więc zamieniona w energię cieplną, a następnie ponownie w prąd. Pozwala to produkować energię także wtedy, gdy instalacja słoneczna nie otrzymuje już promieniowania.
Technologia znajduje także zastosowanie w przemyśle. W Danii uruchomiono w tym roku magazyn o pojemności 1 GWh, który może przechowywać energię nawet przez dwa tygodnie. Rozgrzana do około 600 st. C sól pozwala produkować parę wodną wykorzystywaną bezpośrednio w procesach przemysłowych, co może pomóc w ograniczaniu emisji w sektorach trudnych do dekarbonizacji. Stopione sole są również wykorzystywane w tzw. bateriach rezerwowych stosowanych w kierowanych pociskach i broni jądrowej. Energia jest w nich przechowywana do chwili, gdy ładunek pirotechniczny uruchamia reakcję i pozwala ją uwolnić.
Piasek zamiast akumulatorów
Jeszcze prostszy materiał wykorzystano w fińskim Pornainen. Tam magazyn energii tworzy około 2 tys. ton pokruszonego steatytu, czyli skały bogatej w talk, nazywanej potocznie kamieniem mydlanym. Materiał magazynuje energię w postaci ciepła.
Instalacja zapewnia 1 MW mocy cieplnej i może zgromadzić 100 MWh energii. Latem wystarcza to na pokrycie niemal miesięcznego zapotrzebowania miejscowej sieci ciepłowniczej, zimą nawet tygodniowego. Dzięki temu miejscowość planuje całkowicie zrezygnować z oleju opałowego i ograniczyć zużycie zrębków drzewnych o około 60 proc. Zgromadzone ciepło trafia między innymi do szkół, bibliotek i budynków publicznych.
To już druga generacja tej technologii. Nowa instalacja jest około dziesięć razy większa od pierwszej piaskowej baterii uruchomionej w Finlandii w 2022 r., co pokazuje, że rozwiązanie przestaje być jedynie eksperymentem.
Fińska bateria ma około 13 metrów wysokości i 15 metrów szerokości. Jej skala pozwala wykorzystać tani i łatwo dostępny materiał bez potrzeby stosowania metali krytycznych.
Energia także z ludzkiego potu
Nie wszystkie alternatywne magazyny energii są jednak przeznaczone dla sieci elektroenergetycznych. Naukowcy z Tokyo University of Science pracują nad cienkim plastrem, który wykorzystuje związki chemiczne obecne w ludzkim pocie.
Urządzenie zawiera enzymatyczne ogniwo biopaliwowe. Gdy pot trafia na jego powierzchnię, enzymy rozkładają obecny w nim mleczan, uwalniając elektrony i wytwarzając niewielką ilość energii elektrycznej. Taki system mógłby zasilać czujniki medyczne i inne urządzenia ubieralne bez konieczności stosowania małych akumulatorów wymagających ładowania. Energia powstaje bez zewnętrznego źródła zasilania, podczas zwykłego ruchu użytkownika.
Choć ilość wytwarzanej energii jest niewielka, rozwiązanie może znaleźć zastosowanie wszędzie tam, gdzie liczy się ciągłe zasilanie niewielkich urządzeń podczas codziennych czynności, takich jak spacer, bieganie czy trening. Badacze chcą w ten sposób ograniczyć rozmiary urządzeń noszonych na ciele i zmniejszyć potrzebę ich częstego ładowania. Plaster ma korzystać z substancji, którą organizm i tak stale wydziela podczas wysiłku.
Według Guardiana wspólną zaletą wielu alternatywnych technologii magazynowania energii jest ich trwałość. W przeciwieństwie do akumulatorów litowo-jonowych niektóre z nich mogą pracować praktycznie bez ograniczeń liczby cykli ładowania i rozładowania, a po zakończeniu eksploatacji, szacowanej na około 20 lat, nadają się do recyklingu. Nie oznacza to końca ery litu, ale pokazuje, że przyszłość magazynowania energii może opierać się na znacznie większej liczbie technologii niż tylko klasyczne akumulatory.
