Lépést tartani az energiaigénnyel

A világ innovatívabb, fenntartható technológiák és megoldások felé halad egy olyan korban, ahol a gyorsuló klímaválság hajtja a tiszta, alacsony szén-dioxid-kibocsátású energiatermelés iránti növekvő keresletet. De képes-e az emberiség lépést tartani az elektromos járművek, az elektromos repülőgépek és a fejlődő villamosenergia-infrastruktúrák terjedésével, amelyek fejlettebb átvitelt, elosztást és tárolást igényelnek?

Az USA-ban Joe Biden elnök elfogadtatta a Kétpárti infrastruktúra törvényt (BIL) a klímaválság kihívásainak kezelésére. Ennek a generációnként egyszer előforduló, paradigmaváltó beruházásnak köszönhetően az Egyesült Államokban 7,5 milliárd dollárt fordítanak az első országos elektromos autótöltő-hálózatba. További több mint 65 milliárd dolláros befektetést fordítanak majd Amerika meglévő energiainfrastruktúrájának frissítésére és a megújuló energiaforrások integrációjának elősegítésére.

Az energiatároló rendszerek bővítése

Hogyan bírják az elektromos hálózatok a növekvő energiaigényt, és mi a legjobb módja a megújuló energiaforrások hasznosításának a rugalmasság növelése érdekében? A megújuló energiaforrások (azaz a nap-, szél- vagy hullámenergia) természetüknél fogva időszakosak vagy más módon kiszámíthatatlanok – és a mai gyorsan változó éghajlati viszonyokat figyelembe véve ez a kiszámíthatatlanság csak még inkább fokozódik. Az időjárási események klímaváltozással együtt járó kiszámíthatatlansága megzavarhatja az elektromos hálózat működését és kimaradásokat okozhat. A háztartások, a vállalkozások és ipari létesítmények számára ez minimum kényelmetlenséget, rosszabb esetben komolyabb veszteségeket jelent, és akkor még nem is beszéltünk a sürgősségi orvosi, vagy katasztrófaelhárítási, rendfenntartási központokról, melyek a társadalom egészét hívatottak védeni.

A világ a fenti okokból kifolyólag a masszív energiatároló rendszerek fejlődése és elterjedése felé halad, melyek innovatív technológiákat alkalmaznak a nehezedő természeti és környezeti állapotok következményeinek enyhítésére.

Érkeznek az új megoldások

Az Uniper és a CMBlu vállalatok egy szerves szilárdtest-folyadékáramlásos akkumulátorokra épülő energiatároló rendszer kiépítését tervezik, melynek kezdeti teljesítménye 1 megawatt, a kapacitása pedig 1 megawattóra. Az Uniper SE, egy düsseldorfi székhelyű energetikai vállalat, a Fortum Corporation leányvállalata. Nemrég bejelentették együttműködésüket a CMBlu Energy AG- val, a szerves szilárdtest-folyadékáramlásos akkumulátortechnológia (OSFB) specialistájával. Az Uniper és a CMBlu célja, hogy fenntarthatóbb energiát biztosítson a világnak az energiaváltás elősegítése és az éghajlati válság leküzdése érdekében.

Szerves alapú akkumulátor

A CMBlu német startup cég szerves alapanyagokból fejleszti szilárdtest-folyadékáramlásos (solid-flow) akkumulátorát. A hagyományos Li-Io akkumulátorokhoz képest a technológia számos előnnyel rendelkezik:

Nagyobb a teljesítménysűrűsége, több töltési ciklust is kibírhat, és legfőképp nincs szükség hozzá méregdrága ritkaföldfémekre.

A CMBlu a Uniper energiacéggel közösen építi első demonstrációs üzemét. Peter Geigle, a CMBlu vezérigazgatója és alapítója az energate portálnak adott interjújában beszélt a stratégiai partnerség céljairól.

Szilárdtest-folyadékáramlás vagy lítium-ion?

A "CMBlu Organic Solid-Flow" technológia a két műszaki megközelítés legvonzóbb tulajdonságaira épít: egyesíti a szilárdtest akkumulátorok nagy energiasűrűségét a folyadékáramlásos akkumulátorok skálázható kapacitásával és teljesítményével. Ez teszi versenyképes alternatívává a hagyományos akkumulátortároló rendszerekkel szemben, és mindez igazi paradigmaváltást is hozhat az energiaátállásban.

"A szerves szilárdtest-folyadékáramlásos akkumulátorok elkészítéséhez szükséges anyagok világszerte gyakorlatilag korlátlan mennyiségben kaphatók, nincs ritkaföldfém igényük, és ezért a különböző háborús konfliktusok által érintett területek vagy ellátási láncok is kimaradhatnak az előállítás folyamatából" - mondta Peter Geigle, aki így folytatta:

Ez az árra is pozitív hatással van. Ezenkívül minden alapvető alkatrész és az akkumulátor szinte minden része újrahasznosítható.

Gyakorlatilag sem gyúlékony, sem robbanásveszélyes részek nincsenek, ezért ennek megfelelően biztonságosan használható és kezelhető. Ugyanakkor a szerves szilárdtest-folyadékáramlásos akkumulátorok rendkívül nagy energiasűrűséggel és legalább 80 százalékos ciklus hatásfokkal rendelkeznek, ami az alkalmazástól függően akár 85 százalék, vagy több is lehet. Ezzel néhány perctől több napig terjedő időszakra is fedezni tudják a villamos energia-igényt, így nagyon rugalmas felhasználási lehetőségeket nyújtanak.

Redox

A redox folyadékáramlásos akkumulátorokban a „redox" szó az akkumulátor kisütése és töltése során zajló oxidációs és redukciós reakciókat írja le. Az ilyen típusú akkumulátorok általában két folyékony elektrolitot használnak külön tartályokban az energia tárolására. Ahogy az elektrolitok mozognak vagy „átfolynak" az elektrokémiai cellakötegen, a kémiai energia elektromos energiává alakul.

A CMBlu akkumulátorai szerves elektrolitokat használnak, amelyek újrahasznosíthatók és újrafelhasználhatók, hogy csökkentsék a hagyományos lítium-ion akkumulátoroknál (LiB) keletkező felesleges hulladékot. A hagyományosan használt fémalapú elektrolitokhoz képest a CMBlu szénalapú részecskéket használ, mivel a szénalapú közeg használata támogatja a hosszú élettartamot, hogy az akkumulátor megfeleljen a potenciálisan erőteljes igénybevételt jelentő alkalmazások követelményeinek.

A LiB-ek élettartamához képest (körülbelül 3000 töltési ciklus) a CMBlu OSFB-i potenciálisan korlátlan ciklusidővel rendelkezhetnek, ha megfelelően karbantartják őket.

Az akkumulátor kapacitását tekintve a LiB-k a több megawattos tartományba esnek, míg a CMBlu OSFB-jei már a gigawattos tartományt is elérik. A CMBlu szerint az OSFB-i nem használnak gyúlékony vagy robbanásveszélyes anyagokat, amelyeket egyébként LiB-ben használnak.

Komplett bemutató-erőművet építenek

Ahogy már említettük, a staudingeri telephelyen található demonstrációs erőmű 1 megawatt teljesítményű és 1 megawattóra kapacitású lesz. Geigle elmondta, hogy a viszonylag rövid telephelyi tárolási idő lehetővé teszi a rendkívül gyorsan ismétlődő töltés-lemerítési ciklusfordulókat, és ezáltal a működési tapasztalat megszerzésének maximalizálását.

"Ezzel szeretnénk bebizonyítani, hogy a szerves szilárdtest-folyadékáramlásos akkumulátorok ideálisak nagy teljesítményű, helyhez kötött villamosenergia-tároló rendszerként, különösen a megújuló energiatermeléshez"

- mondta Geigle, és hozzátette: "Az abszolút méret itt alárendelt szerepet játszik, mivel a CMBlu energiatároló rendszerek konzisztens modularitásuk miatt szinte végtelenül skálázhatóak" - fejtegette a vezérigazgató. A kísérleti szakasz sikeres lezárása után dől el, hogy az energiatároló rendszert lépésről lépésre bővítik-e, és jöhet-e a több megawattos tartományba történő felskálázás, ami a későbbiekben teljesen rugalmasan elvégezhető, hiszen a teljesítmény és a kapacitás egymástól függetlenül skálázhatóak. Ha az Uniper staudingeri erőművében az energiarendszer prototípusa sikeresnek bizonyul, a duó bővíteni kívánja a létesítményt.

Az Uniper innovációs vezetője, Arne Hauner egy közelmúltbeli sajtóközleményben kifejtette, hogy a villamosítás növekedése a lakásépítésben és az iparban „az ellátás biztonságának megőrzése érdekében növekvő igényhez vezet a megújuló energiákból származó alapterhelési kapacitás iránt".

Ezzel szeretnénk bebizonyítani, hogy a szerves szilárdtest-folyadékáramlásos akkumulátorok ideálisak nagy teljesítményű, helyhez kötött villamosenergia-tároló rendszerként, különösen a megújuló energiatermeléshez - mondta Geigle. Kép: CMBlu Energy

Ezzel szeretnénk bebizonyítani, hogy a szerves szilárdtest-folyadékáramlásos akkumulátorok ideálisak nagy teljesítményű, helyhez kötött villamosenergia-tároló rendszerként, különösen a megújuló energiatermeléshez - mondta Geigle. Kép: CMBlu Energy

Titokzatos, szerves összetevők

A CMBlu Energy, a szabadalmaztatott szerves szilárdtest-folyadékáramlásos akkumulátorok tervezője és gyártója a cég gyors piaci terjeszkedése során elnyerte első megrendelését az Egyesült Államokban. A WEC Energy Group közüzemi holdingtársaság február 2-án közölte, hogy 1 megawatt teljesítményű kísérleti projektben telepíti az európai startup technológiáját, amelynek célja a hosszú távú energiatárolási (LDES) képességek bemutatása.

A rendszert a WEC portfóliójába tartozó, 280 MW-os földgáztüzelésű kogenerációs erőmű, a Valley Power Plant telephelyén építik fel, a wisconsini Milwaukee-ban.

A kísérletet a WEC Energy Group, a CMBlu és az Országos Elektromos Energia Kutatóintézet (EPRI), non-profit technológiai kutatás-fejlesztési és demonstrációs csoport partnerségében hajtják végre. Míg a legtöbb folyadékáramlásos akkumulátor vanádiumot használ az elektrolit fő anyagaként, és kisebb részük más elektrolitokat, például cink-brómot vagy vasat és sós vizet, a CMBlu nem. Akárcsak a Honeywell és a Lockheed Martin, két másik szereplő, amely saját fejlesztésű folyadékáramlásos akkumulátorokat dob piacra észak-amerikában,

A CMBlu sem teszi közzé a saját elektrolitja összetételét, csak annyit árulnak el, hogy az organikus, és bőségesen rendelkezésre álló, valamint újrahasznosítható anyagok felhasználásával készült.

A projekt pontos mérete még meghatározásra vár, de a WEC szerint 1MWh-ról 2MWh-ig terjedő rendszerről lenne szó, melynek teljesítményét különféle felhasználási körülmények között tesztelik majd, beleértve az 5-10 órás akkumulátor-lemerülést igénylő alkalmazásokat is. A tesztelés várhatóan az idei negyedik negyedévben kezdődik, az EPRI pedig jövőre fogja megosztani a projekt teljes elemzését.

Bár bármilyen új technológia kereskedelmi forgalomba hozatala nehéz – a magas meghibásodási arány miatt néha ezt a szakaszt a termékek életciklusában a „halál völgyének" is nevezik. Kép: CMBlu Energy

Bár bármilyen új technológia kereskedelmi forgalomba hozatala nehéz – a magas meghibásodási arány miatt néha ezt a szakaszt a termékek életciklusában a „halál völgyének" is nevezik. Kép: CMBlu Energy

A cég szerint már az amerikai gyártás következik

A németországi CMBlu kedvezőnek ítéli az USA-beli piaci feltételeket, beleértve a megújuló energiaforrások és a tárolás iránti növekvő keresletet, valamint az ország Inflációcsökkentési törvényét (IRA), amely ösztönzi a hazai termelést, valamint a tiszta energiatechnológiák alkalmazását. "Az amerikai piacra lépés támogatja a személyre szabott termékekre és a szerves szilárdtest-folyadékáramlásos akkumulátorok gyártására vonatkozó ütemtervenket az Egyesült Államokban" - mondta február elején Ben Kaun, a cég CMBlu Inc. amerikai leányvállalatának elnöke.

Bár bármilyen új technológia kereskedelmi forgalomba hozatala nehéz – a magas meghibásodási arány miatt néha ezt a szakaszt a termékek életciklusában a „halál völgyének" is nevezik – Kaun és új kollégái nem kell, hogy szembenézzenek ezzel a kihívással, mivel mindannyian jelentős tapasztalatra tettek már szert a folyadékáramlásos akkumulátorokkal, melyek képesek kezelni a nagy igénybevétellel járó ciklusokat, hosszú éveken keresztül.

Az USA piacán számos más nemzetközi folyadékáramlásos akkumulátor-gyártó is jelen van, például az osztrák CellCube, az angol-amerikai Invinity (mindkettő vanádium-alapú technológia), az ausztrál  Redflow, és a dél-koreai H2 (szintén vanádium-alapú technológia). A CMBlu megrendelőjeként fellépő WEC Energy több mint 4,6 millió ügyfelet szolgál ki négy amerikai államban a birtokában lévő különféle közműveken keresztül. Tulajdonosa továbbá a We Power erőműipari vállalatnak és egy megújulóenergia-fejlesztési platformnak, ami a WEC Infrastructure névre halllgat.

(Forrás: energate-messenger.com, eepower, energy-storage)