Mindenki tudja, hogy a nap nem mindig süt és a szél sem mindig fúj. Ezért a nap- és szélenergiából származó áramellátás időszakosságának kiegyenlítéséhez hatalmas energiatároló létesítményeket kell építenünk. Eddig csak hagyományos megoldásokkal próbálkoztak, de azok drágák és jelentősen szennyezik a környezetet. Ezekkel szemben most néhány pofonegyszerű megoldást mutatunk be, amelyek nevetségesen olcsók és egyszerűek, mint például téglák fűtése vagy súlyok emelése.
A finnországi Helsinkitől mintegy 450 kilométerre északra fekszik egy használaton kívüli bánya. Távoli elhelyezkedése ellenére nagy figyelem övezi, mert úgy tűnik, hogy szerepet fog játszani energiarendszereink forradalmasításában – bár nem olyan okokból, mint ahogyan azt gyanítanánk.
A Pyhäjärvi bánya korábban cinkből és rézből szerzett gazdagságot, de most a gravitáció erejét fogja pénzzé tenni. Mivel ez Európa legmélyebb fémércbányája, ideális hely egy úgynevezett gravitációs energiatároló számára. A brit Gravitricity vállalat azt tervezi, hogy egy nehéz súlyt lógat le a bányaaknába, és a mechanizmust egy generátorhoz csatlakoztatja. A súlyt először felhúznák, ami potenciális „akkumulátorként” szolgál, majd később lezuhanni hagyják, ami energiát termel.
Meglepően egyszerűen hangzik? Pontosan ez a lényege.
Világszerte a megújuló energiaforrások időszakosságából adódó kihívásokkal küzdenek: hogyan tartsák égve a villanyt, amikor nem fúj a szél vagy nem süt a nap.
Eddig nagyrészt olyan drága technológiákra összpontosítottak, mint a hidrogén, az atomenergia vagy a lítiumion-akkumulátorok.
De mi lenne, ha sokkal kezdetlegesebb módszerekkel is meg tudnánk oldani az ingadozás problémáját, emellett pedig csökkenthetnénk a számlák összegeit és a kibocsátást is?
A gravitációs energiatároló csak a kezdet lehet. Más vállalatok a sóra, a homokra, a vízre és a forró téglára alapuló energiatárolási módszereket fejlesztenek. E szinte faék egyszerűségű technológiák, mint kiderült, megoldást kínálhatnak korunk egyik legégetőbb kihívására.
A megújuló forrásokból előállított energia mennyisége gyorsan növekszik, mivel igyekszünk csökkenteni a szén-dioxid-kibocsátást, hogy enyhítsük az éghajlatváltozás legrosszabb hatásait.
Az Egyesült Államokban a villamos energia nagyjából 23 százalékát megújuló energiaforrásokból – azaz nap-, szél-, és vízenergiából – nyerik, míg Ausztráliában ez az arány 32 százalék körüli.
Az Egyesült Királyság még ennél is jobban teljesít, ahol a villamos energia mintegy 47 százaléka megújuló forrásokból származik. A nap- és szélenergia azonban közismerten időszakos. Ezért, mivel egyre inkább e forrásokra támaszkodunk, szükségünk lesz arra, hogy az általuk termelt energiát a bőség idején tároljuk, hogy átvészeljük a felhős, szélcsendes napokat.
A jól ismert lítiumion-akkumulátorok képesek elvégezni ezt a munkát. Bár az áruk egyre csökken, még továbbra is drágák, és ha nagy mennyiségű energiát tárolnak, csak néhány órán keresztül bírják, mielőtt elkezdenek veszíteni a töltöttségükből. Világszerte egyre inkább több ezer ilyen akkumulátorral zsúfolt létesítmény jelenik meg, azonban e mega-akkumulátorok hátrányokkal is rendelkeznek: jellemzően ritka, drága fémekből állnak. Ezek közül néhányat, például a kobaltot szörnyű körülmények között bányásszák, ami jelentős emberi jogi aggályokat vet fel.
Forrás: Wikimedia Commons
A megújuló energia újfajta tárolása
A hidrogén, mint energiatárolási lehetőség iránt a bolygó számos országa érdeklődik. A leginkább környezetbarát, zöld hidrogén néven ismert formája a víz megújuló energiatöbblettel való bontásával készül. Az így keletkezett hidrogént ezután tárolják, és később tisztán elégetik, hogy villamos energiát termeljenek belőle. Ez remek ötlet, bár az olaj- és gázipari cégek PR-cunamiján nehéz keresztülhajtani. E vállalatok továbbra is pénzt akarnak keresni azzal, hogy hidrogént állítanak elő a saját kitermelt fosszilis tüzelőanyagaikból, és azt a meglévő gázvezeték-hálózatukon át szállítják. A hidrogén óriási előnye, hogy hosszú ideig képes energiát – a javaslatok szerint föld alatti barlangokban elhelyezett gázzal – tárolni, és ez a jövőnk energia-ellátásának kulcsfontosságú része lesz. A csővezetékek kiépítéséhez azonban rengeteg infrastruktúrára lesz szükség, ami fájdalmasan drágává teszi.
Mindez megmagyarázza, hogy miért kezdtek el néhányan inkább a kevésbé bonyolult megoldásokra felfigyelni. Az energiatárolás egyik legegyszerűbb módja a szivattyús vízerőmű, amely két tavat (vagy víztestet) foglal magában, egyet a hegy tetején, egyet pedig az alján.
Forrás: Wikimedia Commons
Az olcsó többletáram segítségével a felső tóba (tározóba) szivattyúzzák a vizet, majd hagyják, hogy az lefelé áramoljon, és egy turbinát forgasson, amikor energia szükséges. Ez rendkívül hatékony és viszonylag olcsó. Ám nem mindenhol van kéznél tó, és azok a helyek, ahol igen, általában festői szépségűek és vadon élő állatokban gazdagok – vagyis nem olyan területek, amelyeket különösebben meg akarunk zavarni. (Ezért vetették el hajdan a Nagymarosi helyszínt is)
A Gravitricity viszont egy újfajta csavart ad a gravitációs energiatárolásra való hasznosítás alapötletének. A tavak és a víz helyett a finnországihoz hasonló bányaaknákat tervez használni. Ezekből rengeteg található a környéken.
A vállalat például tárgyalásokat folytat arról is, hogy technológiáját cseh- és németországi helyszíneken is kiépítse. 2022-ben pedig az Egyesült Királyságban, Edinburghban épített egy föld feletti demonstrációs fúrótornyot, amelyben acélkábelekkel felfüggesztett 25 tonnás súlyokat helyeztek el.
Hogy igazságosak legyünk: nem mindenhol található a közelben egy elhagyott akna sem. Ám ez nem feltétlenül jelenti a gravitáción alapuló energiatárolás akadályát. 2020-ban az osztrák Nemzetközi Alkalmazott Rendszerelemzési Intézet (International Institute for Applied Systems Analysis, IIASA) munkatársai egy olyan gravitációs energiatároló rendszert javasoltak, amely egy széklift-szerű felépítésen alapul. Ebben homokot vagy kavicsot szállítanának felfelé a hegyoldalba, majd amikor áram szükséges, hagynák, hogy „visszaguruljon”.
Egyelőre túl korai lenne megmondani, hogy a gravitáción alapuló elképzelések valóban be fognak-e indulni. Ám ezek messze nem az egyetlen egyszerű energiatárolási megoldások a láthatáron.
Akkumulátorok egyszerűbben
Egy másik ötlet az akkumulátorok problémás részeinek kiküszöbölése. E témának számos változata létezik, például a drága lítium olcsó nátriummal való helyettesítése. A massachusettsi Form Energy olyan újratölthető akkumulátort fejlesztett ki, amely egy hétköznapi dologra – a rozsdára – támaszkodik. Ez a következőképpen működik: töltéskor az áram elektrokémiai úton vas-oxidot (magyarul rozsdát) alakít át vassá, és oxigéngázt bocsát ki. Kisütéskor az akkumulátor visszaszívja az oxigént a levegőből, és a vasat újra rozsdává alakítja, áramot termelve.
A Form Energy egyes akkumulátorai körülbelül akkorák, mint egy mosógép – tehát nem alkalmasak elektromos autókhoz. Ám megfelelnek hálózati méretű energiatároláshoz, ahol a berendezések nagy területeket foglalhatnak le. A cég szerint „rozsda-akkumulátoraikat” úgy optimalizálták, hogy 100 órán át tárolják az áramot, a hagyományos akkumulátorokhoz képest alacsonyabb költséggel.
A több, mint 360 millió dolláros finanszírozással támogatott vállalat máris megkezdte első akkumulátorgyárának építését Nyugat-Virginiában.
Nem beszélhetünk azonban az energiatárolás egyszerűsítéséről anélkül, hogy ne beszélnénk a hőről. A Nemzetközi Energiaügynökség szerint a világ energia-szükségletének mintegy felét a hőtermelés teszi ki – az otthonok és az irodák melegítésére, valamint az élelmiszerek, italok, vegyi anyagok és egyéb termékek ipari előállítására. Tehát ahelyett, hogy újabb kütyüket találnánk ki az elektromosság tárolására, nem lehetne inkább a hőt tárolni?
Egy meglepő technológia ígérete
A termikus energiatárolás (thermal energy storage, TES) nem gyakran kerül a címlapokra, de számos cég már felismerte a benne rejlő lehetőségeket. Vegyük a kaliforniai székhelyű Rondo Energy-t, mely olyan termékeket fejleszt, amik több napig tárolják az energiát két fűtőelem közé szorított agyagtéglák halmazában, akár pirítósok a kenyérpirítóban. Az ötlet lényege, hogy a fűtőelemeket megújuló energiaforrásokhoz csatlakoztatják, és a téglákat 1500 °C-on „grillezik”. A téglában tárolt hőt ezután vagy közvetlenül az iparban lehet felhasználni, vagy gőz előállítására, amely egy turbinát meghajtva ismét áramot termel. A Rondo Energy számára ez nagy előrelépés az éghajlatváltozás elleni küzdelemben.
Ezeket az óriási „téglapirítókat” az általuk kiszolgált gyárak mellett kellene elhelyezni, a hőt pedig szigetelt csöveken keresztül lehetne továbbítani. A rendszer egyszerűsége miatt olcsó: a Rondo Energy becslése szerint az energia ilyen módon történő tárolásának költsége nagyjából a fele a zöld hidrogénének. A vállalat már 60 millió dolláros támogatást szerzett többek között a Microsofttól és a szaúdi olajipari óriástól, az Aramco-tól. Ráadásul az amerikai kormány 75 millió dollárig terjedő támogatást adott a Rondo Energy-nek, hogy a Diageo italgyártó vállalat tulajdonában álló, Kentucky-ban és Illinois-ban lévő gyáraiba telepítse szuperforró téglaakkumulátorát.
Európa is a hőtárolás felé mozdul egy Kyoto nevű cég segítségével, mely a marokkói Varzazát (Ouarzazate) közelében található Noor naperőműből merít ihletet. Ott tükrök hatalmas csoportja fókuszálja a napfényt egy toronyra, amelyben 1000 °C körüli hőmérsékletre melegítik fel és olvasztják meg a sót. A tárolt hő a naplemente után is energiát termel a város számára, mivel a só nagy hőkapacitással rendelkezik. A vállalat ugyanezt az olvasztott só trükköt alkalmazza, ám Norvégiában nap helyett a bőséges szélenergiát használják bemeneti energiaként.
Forrás: Wikimedia Commons
Egy szintén ezt a rendszert alkalmazó, Heatcube-nak nevezett berendezést a dániai Ålborg közelében található Nordjylland erőműben helyeztek üzembe. A rendszer képes napokig tárolni a hőt, majd azt villamos energiaként leadni, hogy kielégítse a hálózat változó igényeit. A rendszer 2023-ban megfelelt egy kulcsfontosságú teszten, melynek célja annak ellenőrzése volt, hogy képes-e a dán villamosenergia-hálózat számára szükséges egyenleteséggel és sebességgel energiát szolgáltatni. A Rondo Energy tégláihoz hasonlóan a Heatcube is alkalmas ipari hőszolgáltatásra.
Milyen irányba lépjünk tovább?
A legfontosabb talán felismerni, hogy egyetlen ilyen energiatárolási technológia sem jelent csodaszert. A helyi földrajzi elhelyezkedéstől és számos más tényezőtől függően rengeteg különböző lehetőség szükséges igényeink kielégítéséhez, és még nem tudjuk, hogy milyen új megoldások kerülhetnek előtérbe.
A hőtárolási technológia még gyerekcipőben jár, megfizethetősége és hatékonysága pedig vitatott kérdés. Ugyanakkor kezdünk előzetes számadatokat kapni a költségeiről. Egy 2020-as jelentésében a Nemzetközi Megújuló Energia Ügynökség (International Renewable Energy Agency, IRENA) az olvadt sót használó TES költségét 22-26 dollárra, míg a forró téglákét 10-15 dollárra becsülte kilowattóránként a méret és a kialakítás függvényében. E költségek jóval alacsonyabbak, mint a zöldhidrogén-tárolásé, amelyet az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma (U.S. Department of Energy) kilowattóránként akár 50 dollárra is becsül, főként azért, mert a szükséges infrastruktúra annyira bonyolult.
Az IRENA előrejelzése szerint a TES globális piaca 2030-ra megháromszorozódhat, a beruházások pedig ugyanerre az időpontra elérhetik a 28 milliárd dollárt. A Systemiq környezetvédelmi tanácsadó cég egy 2024. februári jelentésében azt állította, hogy a TES-technológia széles körű alkalmazása 2050-re 14 százalékkal csökkentheti az energiával kapcsolatos üvegházhatású gázok kibocsátását.
A Rondo Energy dániai és németországi projektjeinek többek között az Európai Bizottság által nyújtott jelentős támogatása is azt sugallja, hogy a döntéshozóknak lépést kell tartaniuk e fejlődéssel, és tényleges stratégiákat kidolgozniuk a hálózati szintű villamos energia merőben új technológiákkal való tárolására.
