Нов технолошки изум за складирање електрична енергија

Американската стартап компанија Форм Енерџи пред неколку месеци објави дека работи на батерии засновани на реверзибилно кородирање, таканаречени железо-воздух батерии. Таквите батерии, наспроти најраспространетите литиум-јонски батерии во денешно време, би требало да бидат значително поевтини. Железото е пораспространето и индустриски поедноставно за екстракција од литиумот, што значи и драстично пониски трошоци. Добро е позната и еколошката негативна страна на денешните процеси за рударење литиум.

Целта на овој амбициозен, четиригодишен американски стартап е користење на нивните батерии за долгорочно складирање електрична енергија, конкретно за потребите на функционирањето на електричната мрежа.

Една од најголемите пречки во процесот на преминување од фосилни горива на обновливи извори на енергија е периодичноста на употребливоста на енергијата која ја пружаат обновливите извори. Илустративен пример е соларната енергија која, за разлика од согорувањето на фосилните горива, заради настапувањето на денот и ноќта, не е во состојба да обезбеди константно снабдување на електричната мрежа. Потребен е начин вишокот електрична енергија која ќе се произведе во текот на денот да се складира и да биде достапен во текот на ноќта. Затоа пронаоѓањето соодветна технологија за долгорочно складирање енергија е од пресудно значење за широка употреба на обновливите извори, односно укинување на термоелектраните и намалување на емисиите на јаглерод диоксид.

Како функционираат батериите железо-воздух?

Многу компании и научни установи имаат мноштво технологии како предлози, но во компанијата Форм Енерџи се уверени дека вистинско решение е она што го користат тие. Денешната употреба на широкораспространетите литиум-јонски батерии со цел долгорочно складирање енергија нема смисла во иднина, заради неверојатно големите количини потребни батерии, како и заради еколошката несоодветност на литиумот. Затоа луѓето од Форм Енерџи сакаат да нагласат дека нивното решение користи достапни ресурси: железо, вода и воздух.

Технологијата на батериите железо-воздух, како подвид на батериите метал-воздух, е позната како концепт уште од седумдесеттите, но не е комерцијализирана. Предложената технологија се заснова на реакција на железото со кислородот од воздухот при празнење на батеријата, при што се создава железо триоксид, односно рѓа. Тогаш железото менувајќи ја својата оксидациска состојба ослободува електрони. Од друга страна, при полнењето на батеријата, електричната енергија се претвора во хемиска така што под дејство на електрична струја се случува спротивна реакција при која во процесот на редукција од рѓата се создава елементарно железо, а се ослободува кислород.

Дизајнот на батеријата е таков што нејзината ќелија ја сочинуваат електрода од железо, потоа таканаречена воздушна електрода, како и електролит поставен меѓу нив. При процесот на празнење, системот вовлекува воздух од кој се извлекува потребниот кислород, а при процесот на полнење на батеријата системот исфрла воздух, збогатен со ослободениот кислород. Дополнителна добра страна на примената на оваа технологија е тоа што ослободениот воздух во одредена мера е почист од оној што се вовлекува од страна на системот.

Батериите се состојат од десет до дваесет ќелии и се со големина на машина за перење алишта. Системот се состои од повеќе илјади вакви батерии спакувани во куќиште кое ги штити од надворешната средина. Големината на системот, односно количината употребени батерии, може да варира во зависност од потребите. Капацитетот за складирање на системот кој зазема малку помалку од половина хектар земјиште, е приближно таков што, со погуста конфигурација на пакувањето на батериите, е во состојба да складира повеќе од 3 мегавати електрична енергија.

Матео Харамиљо

Значително пониски трошоци

Извршниот директор на компанијата, Матео Харамиљо, е поранешен вработен во Тесла, каде работел на развој на нивните системи за складирање енергија кои заедно со соларните покриви ја сочинуваат основата на дом за иднината. Во улога на главен научен референт, во компанијата е присутен и Џет-Минг Чианг, стручњак од МИТ. Изборот на технологијата за реверзибилна корозија како основа за нивниот дизајн на системот за долгорочно складирање, е резултат на тимски систематичен преглед на сите досега познати потенцијални решенија на оваа проблематика. Фактот дека не измислувале нова технологија туку само избрале и оптимизирале постоечка која ветува најмногу, им овозможила за само четири години да претстават функционално решение. За тоа придонело и купувањето на интелектуалната сопственост и капацитетите на компанијата Флуидик Енерџи, која се занимавала со цинк-воздух батерии.

Во интервју за порталот Клин Техника, Харамиљо тврди дека нивните системи се во состојба континуирано да снабдуваат мрежа во времетраење од 100 часа па и подолго, што ги става во ранг со постројките што користат фосилни горива, а не други батериски решенија. Харамиљо напоменува дека цената на батериите што ги произведуваат би можела да биде десетпати пониска од цената на литиум-јонските батерии. Тоа поевтинување пред сè произлегува од стократно пониската набавна цена на железото како сировина, наспроти литиумот. На пример, цената на еден тон литиум (во форма на литиум-карбонат), изнесува повеќе од 10 000 долари, а цената на еден тон сировина железо околу 100 долари. Исто така, железото, за разлика од литиумот, е распространето на сите делови од Земјината топка, а тоа не само што се рефлектира на набавната цена на сировината, туку и го поедноставува целиот процес за производство на батерии.

Како дополнителен поттик за промовирање на прифаќањето на нивното решение за складирање енергија, компанијата разви и сосема нов софтверски алат за моделирање на електричните мрежи.

Големи инвестиции и планови за иднината

Со оглед на тоа дека железото е клучна состојка на нивните системи, компаниите од индустријата за челик се мошне заинтересирани за имплементација на ова решение. Не е чудно што компанијата Арцелор Митал, гигант во светот на рударењето железо и производство на челик, инвестираше 25 милиони долари во Форм Енерџи во јули минатата година и со тоа беше најголем инвеститор во рамки на групното инвестирање кое се комплетираше во август, кога беа собрани 240 милиони долари. Меѓу инвеститорите во Форм Енерџи се најде и познатата компанија Брејктру Енерџи, основана од страна на Бил Гејтс, токму со цел да се поттикнуваат иновативни решенија во борбата против климатските промени.

Прва можност за оправдување на инвестициите и почеток на имплементацијата на оваа технологија и градењето систем за складирање енергија за електродистрибуцискиот оператор Грејт Ривер Енерџи во Минесота, со рок до 2023 година. Тој проект треба да има улога на доказ за функционалност и поставување пример на можност за подолгорочно складирање енергија, наспроти денешното краткотрајно.

Превод: Алек Кузмановски

Извор: https://klima101.rs/