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.
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