Baterie przepływowe to święty Graal systemów magazynowania energii dla sieci. Pozwalają nam magazynować energię z wiatru i słońca na deszczowy dzień. Ale do niedawna były one zbyt drogie, aby zrobić jakąkolwiek różnicę.
Wcześniej opierały się na wanadzie. Metal ten jest rzadki, jego cena jest niestabilna i jest droga.
Teraz naukowcy z Queen’s University w Belfaście (QUB) wywrócili grę do góry nogami. Stworzyli baterię strumieniową opartą na żelazie.
Żelazo jest wszędzie. To jest tanie. Zmienia zasady gry.
Rozwiązanie o wartości 74 GBP, które może uratować sieć
Doktor Hugh O’Connor znalazł się w ślepym zaułku. Pisał pracę dyplomową. Potrzebował ogniwa do baterii przepływowej.
Wersja komercyjna kosztuje od 2000 do 3000 funtów. To szaleństwo jak na projekt studencki.
Postanowił więc spróbować druku 3D.
Eksperymentował. Ponosiłem porażki. Wprowadzono poprawki.
W końcu jego domowa komórka zaczęła działać. Spełniła swoje zadanie. A kosztowało to grosz.
Kiedy jednak próbował podzielić się wynikami, trafił na ścianę. Dane nie pokrywały się z wynikami innych laboratoriów. Dlaczego?
Ponieważ każdy używał innego sprzętu. Różne szczegóły. Różne metody montażu.
Łatwo jest porównywać rzeczy nieporównywalne. Trudno porównywać podobne warunki.
W środowisku naukowym panuje kryzys odtwarzalności. To spowalnia innowacje.
„Jeśli wszyscy chcemy osiągnąć zerową emisję netto do 2050 r…. znacznie więcej naszej energii elektrycznej należy magazynować w technologiach takich jak baterie przepływowe”.
O’Conner miał tanią, działającą celę. Mógł to sprzedać. Zarabiaj szybkie pieniądze.
Ale jego przełożony powiedział, że nie.
Zamiast tego opublikowali projekt za darmo.
To już standard. Zestaw baterii do przesyłania strumieniowego QUB kosztuje około 74 GBP.
Zawiera około dziesięciu składników. Części drukowane w 3D. Membrana. Uszczelki. Elektrody. Przewodniki dolne.
Dodali nawet instrukcje w stylu IKEA.
Świat postępował zgodnie z instrukcjami.
Dlaczego żelazo przewyższa wanad w magazynowaniu energii
Baterie topnikowe magazynują energię w cieczach. W akumulatorach litowo-jonowych zastosowano elektrody stałe.
To nie jest tylko niewielka różnica. Jest to fundamentalna zmiana w sposobie zarządzania gęstością mocy i bezpieczeństwem.
Większość akumulatorów przepływowych wykorzystuje elektrolity na bazie wanadu. W skorupie ziemskiej jest więcej wanadu niż litu.
Ale nie możesz tego tak po prostu odebrać. Produkcja skoncentrowana jest w rękach kilku krajów. Stwarza to ryzyko geopolityczne. Ceny skaczą. Skalowanie jest ograniczone.
Żelazo jest inne.
Jest dużo żelaza. Jest zrównoważony ekologicznie. To bezpieczne.
Stosowanie elektrolitu na bazie żelaza eliminuje wąskie gardło. Toruje drogę do powszechnego przyjęcia tej technologii.
Chiny zbudowały duże przemysłowe akumulatory topnikowe wykorzystujące wanad. Próby przeprowadzono w Szkocji. Jednak globalny postęp jest powolny. Dane są sprzeczne.
Dzięki konstrukcji QUB laboratoria na całym świecie korzystają z identycznego sprzętu.
Pozwala to na prowadzenie rzetelnych i porównywalnych badań. Dr Josh Bailey, iluminowany pracownik QUB, jasno widzi sytuację.
Standaryzacja nauki w celu przyspieszenia przejścia na czystą energię
Powtarzalność jest siłą napędową nauki. Bez tego postęp ulegnie stagnacji.
Rozpowszechniając ten standard, QUB pomaga naukowcom na całym świecie w komunikacji. Używają tego samego sprzętu.
Wyniki są wiarygodne. Wyniki są skalowalne.
„Naprawdę wierzymy, że akumulatory przepływowe mogą przyspieszyć ich rozwój dzięki badaniom powtarzalności” – mówi Bailey.
„Jeśli wszyscy będziemy stosować te same standardy… technologia będzie mogła zostać wdrożona szybciej”.
Tu już nie chodzi tylko o teorię.
Energia odnawialna zwycięża. W zeszłym roku energia odnawialna wyprodukowała na świecie więcej energii elektrycznej niż węgiel. Wielka Brytania ustanowiła rekord w wytwarzaniu energii ze źródeł odnawialnych.
Ale nadal musimy to przechowywać.
Nie zawsze wieje wiatr. Nie zawsze świeci słońce.
Bez dostępnego magazynu marnujemy energię. Wyłączamy turbiny, gdy zapotrzebowanie jest niskie. Przeciążamy sieć.
Baterie przepływowe rozwiązują ten problem. Mogą stać na ziemi. Trwają przez dziesięciolecia. Nie ulegają degradacji jak baterie litowo-jonowe.
Ale tylko jeśli są tanie. I tylko wtedy, gdy są ustandaryzowane.
Od jednej komórki do przemysłu
Przełom nie dotyczy tylko chemii. Jest w systemie.
O’Connor i Bailey przechodzą z jednej komórki do większych stosów.
Prowadzenie eksperymentów chemicznych pod wyciągiem to jedno. Skalowanie ich do poziomu przemysłowego to zupełnie inna sprawa.
„Trzeba zobaczyć, co się stanie, gdy ułożysz je w stos” – zauważa Bailey.
„Jedna komórka, stos, system… to stawia nas na drodze do innowacji.”
Patrzymy w przyszłość, w której magazynowanie energii będzie tak samo powszechne, jak bieżąca woda. Gdzie będziemy magazynować nadwyżkę mocy i odbierać ją w razie potrzeby.
Gdzie baterie na bazie żelaza, drukowane w laboratoriach i montowane w kuchniach, będą stanowić podstawę sieci energetycznej o zerowej emisji.
Wszystko zaczęło się od problemu 2000 funtów.
Skończyło się decyzją na kwotę 74 funtów.
A teraz jest budowany wszędzie.
Potem pozostaje już tylko inżynieria i cierpliwość.
