Polska

Magazyny ciepła alternatywą dla baterii litowo jonowych?

Wiceprezes Polskiej Akademii Nauk prof. Natalia Sobczak powiedziała w wywiadzie dla PAP, że magazyny ciepła są nowym trendem w przechowywaniu energii pozyskanej z odnawialnych źródeł, czyli farm fotowoltaicznych i turbin wiatrowych.

Naukowcy wciąż pracują nad sposobem magazynowania energii elektrycznej i opracowują na potrzeby przemysłu nowe rozwiązania, ponieważ jest to szczególnie ważne przy odnawialnych źródłach energii. Nadwyżki muszą być w jakiś sposób przechowywane, aby były dostępne wówczas gdy nie wieje wiatr lub niebo jest zachmurzone. 

© gov.pl

Analitycy szacują, że do 2050 r. 27 krajów UE będzie potrzebować około 60 razy więcej litu i 15 razy więcej kobaltu do akumulatorów samochodów elektrycznych i do magazynowania energii.

Zasoby światowe tych surowców są ograniczone i trudno dostępne, a stosowane technologie ich wydobycia przyczyniają się do dewastacji środowiska. Dlatego poszukujemy alternatyw, a jednym z perspektywicznych rozwiązań jest magazynowanie energii ciepła z wykorzystaniem materiałów zmiennofazowych PCM (phase change materials) — powiedziała PAP wiceprezes PAN prof. Natalia Sobczak, która kieruje Pracownią Teorii Procesów Metalurgicznych w Instytucie Metalurgii i Inżynierii Materiałowej PAN.

Ekspertka uczestniczyła w projekcie AMADEUS, który otrzymał finasowanie w programie ramowym Unii Europejskiej Horyzont 2020 – w konkursie FET Open. Celem było opracowanie koncepcji nowej generacji magazynów energii, wykorzystujących ciepło utajone materiałów PCM, więc zasada ich działania byłaby zupełnie inna niż bateriach litowo-jonowych.

Jak taki magazyn energii działa? Instalacja fotowoltaiczna zmienia energię słoneczną na elektryczną. Ta z kolei jest konwertowana na energię cieplną PCM poprzez jego nagrzewanie i topienie. I w ten sposób energia ciepła utajonego PCM byłaby przechowywana w magazynach przydomowych lub na wielką skalę. W godzinach nocnych lub przy pochmurnej pogodzie, kiedy temperatura PCM spada i dochodzi do jego krzepnięcia, uwalnia się energia ciepła utajonego, która z kolei jest ponownie konwertowana na energię elektryczną do wykorzystania poza godzinami szczytu.

W projekcie AMADEUS prof. Sobczak kierowała zespołem kilku jednostek naukowych. Jego zadaniem było opracowanie nowej generacji materiałów PCM o wysokiej efektywności energetycznej. Okazało się, że dobrze sprawdzają się zawierające bor i żelazo stopy o osnowie krzemu. Badaczka zwróciła uwagę na to, że najskuteczniejsze jest przechowywanie energii w bardzo wysokiej temperaturze, przy wykorzystaniu materiałów o temperaturze topnienia nawet powyżej 1000 st. C.

Rodzi to jednak problemy, bo taki magazyn energii pracuje w warunkach cyklicznej zmiany temperatury (grzanie-chłodzenie w cyklu dzień-noc), a podczas przemian fazowych stopy zmieniają objętość. Krzem zachowuje się jak woda, która zwiększa objętość podczas przejścia w stan stały, a podczas topnienia jej objętość maleje. Ale także temu wyzwaniu udaje się nam sprostać dzięki wykorzystaniu osiągnięć inżynierii ciekłego metalu. Opracowanie materiałów i urządzeń do magazynowania i przetwarzania energii w bardzo wysokiej temperaturze to nowy kierunek, które jest intensywnie rozwijany w różnych krajach. Stwarza to szansę na zwiększenie efektywności energetycznej – zapewniła prof. Natalia Sobczak.

Poza tym urządzenie musi być zrobione z takich materiałów, aby można je było bezpiecznie umieścić np. w domu. Prototypy takich urządzeń już powstają. Nie zajmują dużo miejsca, więc instalacja nie powinna być uciążliwa. Docelowo jednak planowane jest stworzenie dużych magazynów przemysłowych.

Trudno jednoznacznie powiedzieć, która z technologii zdominuje rynek. Ale na pewno będą to rozwiązania i instalacje hybrydowe pozwalające na szerokie i efektywne zastosowanie OZE. Należy rozwijać różne rodzaje magazynów energii, bo nie każde z rozwiązań sprawdza się w każdych warunkach — podkreśliła prof. Sobczak.

Źródło: Nauka w Polsce