Az utóbbi évtizedekben a szél- és napenergia-termelés költségei drámaian csökkentek. Ez az egyik oka annak, hogy egyre elérhetőbbé válik a megújuló energia. Azonban még számos kihívással kell megküzdeni ahhoz, hogy teljesen megújulóra váltson a világ.
A megújuló energia egyre elérhetőbbé válik, de az energia tárolása még mindig költséges. Egy friss jelentésében az amerikai Nemzeti Megújuló Energia Laboratórium kutatói úgy becsülték, hogy 2050-re akár 3000%-kal is növelhetik az amerikai megújulóenergia-tároló kapacitást.
Három feltörekvő technológiát mutatunk be, amelyek segíthetnek ennek megvalósításában.
Hosszabb töltések
A mindennapi életben kis elektronikai alkáli elemektől a lítium-ion akkumulátorokig számos korszerű energiatároló eszközt használunk, például az autókhoz és laptopokhoz is, de mindig van hova fejlődni.
Például a nagy kapacitású, akár 10 órás kisütési, azaz áramszolgáltatási idővel rendelkező akkumulátorok megoldást jelenthetnek a napenergia éjszakai tárolására vagy az elektromos járművek hatótávolságának növelésére. Jelenleg nagyon kevés ilyen akkumulátor van, de 2050-ig valószínűleg 100 gigawattnyi kapacitással jelennek meg a használatban. A növekvő energiatárolási kapacitás, illetve ennek egyre elérhetőbbé válása jelentős pozitív hatással bírhat a megújuló energia használatára is.
Az egyik legnagyobb akadály a korlátozott mennyiségű lítium és kobalt, amelyek elengedhetetlenek a könnyű, nagy teljesítményű akkumulátorok gyártásához. Egyes becslések szerint 2050-re a világ lítiumának körülbelül 10%-a és a világ szinte teljes kobaltkészlete is kimerülhet. Ezenkívül a világ kobaltjának közel 70%-át Kongóban bányásszák, gyakran embertelen körülmények között.
A tudósok a lítium- és kobalt-akkumulátorok újrahasznosításán dolgoznak, és új akkumulátor-alapanyagokkal kísérleteznek. Például a Tesla is kobaltmentes akkumulátorok gyártását tervezi következő években. Más vállalatok a lítium nátriummal való helyettesítésén dolgoznak, amely sokkal nagyobb mennyiségben elérhető tulajdonságai nagyon hasonlítanak a lítiuméhoz, de sokkal bőségesebben áll rendelkezésre.
Biztonságosabb akkumulátorok
Az iparág másik fontos célkitűzése az akkumulátorok biztonságosabbá tétele. Ennek egyik módja az elektrolitok fejlesztése, amelyek jelenleg gyakran gyúlékony anyagokat tartalmaznak. Ha szivárognak, az akkumulátor túlmelegedhet és meggyulladhat vagy megolvadhat.
A tudósok szilárd elektrolitokat fejlesztenek ki, amelyek megbízhatóbbá tennék az akkumulátorokat. A laboratóriumi eredmények alapján ezek az akkumulátorok az elkövetkező években készen állhatnak az elektromos járművekben való használatra, és már 2026-ra kereskedelmi forgalomba kerülhetnek.
Míg a szilárd akkumulátorok jól illeszkednek a szórakoztatóelektronikai eszközökhöz és elektromos járművekhez, a nagyléptékű energiatároláshoz a tudósok teljesen folyadékalapú akkumulátorok kifejlesztésén dolgoznak. Ezekben az eszközökben mind az elektrolit, mind az elektródák folyadék alapúak, ami lehetővé teszi a szupergyors töltést, és megkönnyíti az igazán nagy teljesítményű akkumulátorok előállítását. Jelenleg ezek a rendszerek nagyon drágák, de a fejlesztéseknek köszönhetően a jövőben egyre elérhetőbbé válhatnak.
A napfény tárolása hőként
Más megújulóenergia-tárolási megoldások bizonyos esetekben olcsóbbak, mint az akkumulátorok. Például a koncentrált naperőművek, vagy más néven naphőerőművek éjszaka is képesek áramot termelni azáltal, hogy tükrök segítségével egy pontba gyűjtik a Nap sugarait. A napsugarak hőjét felhasználva több száz vagy ezer tonna sót melegítenek fel és olvasztanak meg, ami gőzt állít elő. A gőzzel pedig turbinákat hajtanak meg, így keletkezik az elektromos áram.
Ez az ötlet alkalmazható nem szoláris energiatermelő technológiák estén is. Például a szélerőművel előállított villamos energiát fel lehet használni gőz előállítására, hogy akkor is termeljen energiát, amikor nem fúj a szél.
Viszont a napenergia koncentrálása még mindig nagyon költséges. Ahhoz, hogy versenyezni tudjon az energiatermelés és -tárolás más formáival, hatékonyabbá kell válnia. Ennek egyik módja, ha növelik azt a hőmérsékletet, amire a sót hevítik, lehetővé téve a hatékonyabb villamosenergia-termelést. A jelenleg használt sók nem stabilak magas hőmérsékleten. A kutatók új sók vagy más anyagok, például olyan homok, kifejlesztésén dolgoznak, amely képes ellenállni akár 705 Celsius fokos hőmérsékletnek is.
Fejlett megújuló üzemanyagok
Az akkumulátorok hasznosak a rövid távú energiatároláshoz, és a koncentrált naperőművek segíthetnek stabilizálni az elektromos hálózatot. A közműveknek azonban rengeteg energiát kell tárolniuk határozatlan ideig. Ebben segíthetnek az olyan megújuló üzemanyagok, mint a hidrogén és ammónia, amelyek olyan esetekben is működőképesek, amelyekben a hagyományosabb elemek nem. Például nehéz terhek szállítására és nehézberendezések üzemeltetésére, valamint rakétaüzemanyagként is használhatók.
Ma ezek az üzemanyagok többnyire nem hatékonyak, földgázból vagy más nem megújuló fosszilis tüzelőanyagokból készülnek. Bár zöld üzemanyagként gondolunk rá, jelenleg a hidrogéngázt még többnyire földgázból állítják elő.
A tudósok folyamatosan keresik a megoldásokat arra, hogy a hidrogént és egyéb üzemanyagokat megújuló villamos energia felhasználásával lehessen előállítani. Például ma már lehetséges hidrogén alapú üzemanyag előállítása a vízmolekulák elektromos feldarabolásával. A legfontosabb kihívás a folyamat optimalizálása, annak érdekében, hogy hatékony és gazdaságos legyen. A potenciális megtérülés pedig óriási: kimeríthetetlen, teljesen megújuló energia.
Forrás: theconversation.com
