Презареждаем алуминий: Евтиното решение за сезонно съхранение на енергия?

Сподели

Алуминият има енергийна плътност повече от 50 пъти по-висока от литиево-йонните, ако го третирате като среда за съхранение на енергия в батерия с редокс цикъл. Швейцарски учени разработват технологията като запас от възобновяема енергия за европейската зима.

Проблемът е достатъчно прост: докато страните по света планират своите стъпки към енергия с нулеви емисии, те трябва да се справят с непостоянния характер на евтината възобновяема енергия. Ежедневно слънчевата енергия събира по-голямата част от енергията си в средата на деня и това налага някакво решение за краткосрочно съхранение, което може да паркира тази енергия в някаква форма на батерия, след което да я освободи отново вечерта, когато всички получат у дома и започва да пуска телевизори и съдомиялни машини. Този вид проекти за големи батерии вече са инсталирани в много области и доказват своята стойност.

Но периодичността е много по-голям проблем на сезонно ниво. Колкото по-далеч се отдалечавате от екватора, толкова по-малко слънце получавате през зимните месеци. Известно е, че части от Скандинавия изобщо нямат слънце в продължение на месеци – което води до някои доста епични пролетни партита, казаха ми – но много по-широка област ще се окаже, че има много малко слънчева енергия, всяка година, точно когато всички започват да задействат нагревателите си. Светът с нулеви въглеродни емисии се нуждае от начин за абсолютно съхранение масивна количества излишна възобновяема енергия, генерирана през по-топлите месеци, след което я освобождават през дългите зими. И ще трябва да е достъпно, иначе няма да се случи.

Слънчевата радиация, която удря земята в четири различни швейцарски града, по месеци и годишно, демонстрирайки точно колко сезонни вариации ще има в декарбонизираното бъдеще

SPF Институт за слънчеви технологии

Изследователи от швейцарския SPF Institute for Solar Technology изучават редокс циклите на алуминия вече много години и с финансиране от програмата Horizon Europe на ЕС и швейцарското правителство, те току-що започнаха изследователски проект, наречен Reveal, привличайки девет различни партньора от седем европейски държави, за да развият нещо, което изглежда като много обещаваща идея.

Като Доклад за 2020 г. от екипа на SPF щати, един блок от един кубичен метър (35,3 cu ft) алуминий може химически да съхрани забележително количество енергия – около 23,5 мегаватчаса, повече от 50 пъти повече от това, което може да направи една добра литиево-йонна настройка, или приблизително достатъчно за захранване средният дом в САЩ за 2,2 години, на цифри за 2020 г. Това е по обем – като се вземе предвид теглото, алуминият притежава специфична енергия от 8,7 kWh на килограм, или около 33 пъти повече от батериите, които Tesla използва в своя Model 3.

Големи мастни блокове като тези обаче не са практични за работа, така че екипът на Reveal предлага вместо това да се използват алуминиеви топки с диаметър 1 мм (0,04 инча). Естествено, губите част от обемната плътност тук, но все още излизате над 15 MWh на кубичен метър.

Алуминият притежава феноменално количество енергия в сравнение с батериите или водорода
Алуминият притежава феноменално количество енергия в сравнение с батериите или водорода

SPF Институт за слънчеви технологии

Вкарването и извеждането на тази енергия, разбира се, е много по-ангажирано. По време на „процеса на зареждане“ излишната възобновяема енергия ще се използва за превръщане на алуминиев оксид или алуминиев хидроксид в чист елементарен алуминий. Това е промишлен процес на електролиза, изискващ температури около 800 °C (1472 °F), както и нови инертни електроди, ако искате да избегнете емисиите на въглероден диоксид, които съпътстват днешните конвенционални процеси на топене на алуминий.

Екипът изчислява, че ще бъде възможно да се “зареди” алуминиева редокс система като тази с ефективност около 65%. Всички суровини тук са сравнително евтини и изобилни, някои от тях наистина са скрап, с допълнителните предимства, че са много лесни за съхранение и транспортиране. Да, алуминият се окислява при контакт с околния въздух, но това е само повърхностен слой с дебелина по-малка от половин нанометър, което представлява загуба на химическа енергия от „далеч по-малко от 1%“, когато тези малки 1-mm топчета се съхраняват във въздуха.

За да освободите алуминия, просто го преобразувате обратно. Това може да се направи при ниски температури, като се използват реакции алуминий-вода при по-малко от 100 °C (212 °F), генерирайки алуминиев хидроксид, заедно с чист водород, който може да бъде пуснат направо в купчина горивни клетки PEM за преобразуване в електричество. Процесът и горивната клетка също генерират топлина, която може да бъде възстановена при температури, подходящи за отопление на помещения или битова гореща вода.

Входове и идеализирани изходи на процеса на освобождаване на енергия от алуминий към водород при ниска температура, като се приеме, че
Входове и идеализирани изходи на нискотемпературния процес на освобождаване на енергия от алуминий към водород, като се приеме, че ефективността на горивната клетка е 50%

SPF Институт за слънчеви технологии

Има и процес с по-висока температура, протичащ при над 200 °C (392 °F), който реагира на алуминия с пара, за да генерира алуминиев оксид, водород и много по-високи нива на топлина, по-подходящи за индустриални приложения.

В модела Reveal процесът на зареждане ще се извършва в централни депа за топене, а “зареденият” алуминий ще бъде транспортиран с камиони в насипно състояние, за да бъде “разтоварен” на място в жилищни сгради, промишлени съоръжения и дори отделни домове, тъй като необходимото оборудване е сравнително просто и не се нуждае от поддръжка – добре, освен факта, че системата за преобразуване на алуминий към водород все още не съществува точно на този етап.

След като се изчерпи, алуминиевите оксиди и хидроксиди ще бъдат изпратени обратно в депото за „презареждане“. В идеалния случай, казва екипът на Reveal, този алуминий ще се движи напред-назад в този процес за неопределено време, така че няма да има никакви текущи разходи за суровини за дадена система.

В предложената от Reveal система алуминият ще бъде "заредена" в топилна фабрика, след което се транспортират с камиони, за да бъдат преобразувани обратно в топлина и електричество в жилищни сгради, домове и промишлени съоръжения
В предложената от Reveal система алуминият ще бъде „зареден“ в топилна фабрика, след което ще бъде транспортиран с камиони, за да бъде преобразуван обратно в топлина и електричество в жилищни сгради, домове и промишлени съоръжения

SPF Институт за слънчеви технологии

В Доклад за февруари 2022 г, екипът на SPF твърди, че е възможна изравнена цена на енергията (LCOE) от само 0,09 евро (0,09 щатски долара) за kWh за такава система за съхранение, при подробен анализ на целия жизнен цикъл на даден проект. Това е доста забележително, като се има предвид, че текущият LCOE на средния наскоро финансиран проект за „голяма батерия“ през 2020 г. е бил около 0,15 щатски долара, според Новини за съхранение на енергия – и тези проекти продават енергията си много по-често, с ежедневни цикли на зареждане и разреждане в сравнение със сезонните цикли на алуминиевото решение.

Така че определено изглежда, че тук има нещо, способно да запълни дупката с размерите на зимата в мрежите за възобновяема енергия. Малко вероятно е да се случи скоро; екипът на Reveal си даде срок до лятото на 2026 г., за да „работи върху решения за тази нова концепция за съхранение“.

Има много други концепции за съхранение и освобождаване на метална редокс енергия в процес на разработка – по-специално холандска пивоварна започна да изгаря рециклируемо желязо в своя горивен цикъл в края на 2020 г. Но си струва да се отбележи, че всичко, което гори във въздуха при високи температури, ще произведе вредни азотни оксиди – проблем, който тези алуминиеви батерии изобщо няма да имат. Така че проектът Reveal определено е за гледане.

източник: Разкрие



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели