Skuteczniejsze magazynowanie nadwyżek energii elektrycznej może zwiększyć atrakcyjność energii wiatrowej i słonecznej
Unia Europejska stawia sobie za cel ograniczenie emisji gazów cieplarnianych o 80-95 % do 2050 roku względem poziomów z roku 1990. W rezultacie krajowi producenci energii elektrycznej odnotowują wzrost udziału źródeł odnawialnych, takich jak wiatr czy energia słoneczna, w produkcji energii elektrycznej. Zmienny charakter tych źródeł wymaga zastosowania wydajnych technologii do magazynowania energii elektrycznej w okresach nadwyżek produkcji. W ramach finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu ECo (Efficient Co-Electrolyser for Efficient Renewable Energy Storage) naukowcy postanowili opracować innowacyjną technologię opartą na zjawisku elektrolizy stałotlenkowej (ang. solid oxide electrolysis (SOE)) w celu przekształcenia energii elektrycznej pozyskanej z wiatru i ogniw fotowoltaicznych na możliwy do magazynowania metan.
Konwersja elektryczności na możliwe do magazynowania molekuły
Stałotlenkowe elektrolizery parowe (SOEC) wytwarzają wodór w procesie elektrolizy wody. W wyniku koelektrolizy pary wodnej (H2O) i dwutlenku węgla powstaje tlenek węgla oraz wodór – mieszanina znana jako gaz syntezowy. Można go konwertować do różnych węglowodorów, w tym e-gazu (syntetycznego metanu) na drodze dobrze znanych procesów katalizy. Jak mówi koordynatorka projektu, Anke Hagen: „Głównym zamierzeniem było wykorzystanie energii elektrycznej pochodzącej ze źródeł odnawialnych do produkcji syntetycznego gazu ziemnego, co umożliwiłoby magazynowanie na dużą skalę i dystrybucję za pośrednictwem istniejącej europejskiej infrastruktury gazu ziemnego, która obecnie może przyjąć około 50 % elektryczności wyprodukowanej ze źródeł odnawialnych w postaci metanu”.
Dzięki pracy zespołowej, suma wszystkich osiągnięć w ramach projektu znacząco wykracza poza osiągnięcia jego poszczególnych elementów składowych.
Choć wydajność konwersji uzyskiwana w procesie elektrolizy jest bliska 100 %, wciąż konieczne jest rozwiązanie wielu problemów, związanych między innymi z kosztami i żywotnością rozwiązania. Członkowie projektu ECo z powodzeniem zwiększyli wydajność i żywotność elektrolizerów SOEC oraz baterii, obniżając tym samym koszty inwestycji i eksploatacji. „Elektrolizer SOEC składa się z wielu różnorodnych warstw, w przypadku których skład i struktura materiałów determinują wydajność i trwałość. Sukcesem projektu ECo jest dostarczenie udoskonalonej i prawdziwie europejskiej wersji ogniwa dzięki zastosowaniu w nim komponentów opracowanych przez różnych partnerów. Uczestnicy projektu sprawdzili, w jaki sposób elektrolizery SOEC radzą sobie w rzeczywistych warunkach, takich jak wahania produkcji energii elektrycznej bez utraty żywotności zarówno na poziomie ogniwa, jak i baterii, uzyskując redukcję emisji gazów cieplarnianych i skutecznie konwertując ekologiczną energię elektryczną na medium możliwe do magazynowania”, tłumaczy Hagen.
Wpływ ekonomiczny i środowiskowy wykorzystania technologii SOE w istniejących zakładach
W ramach projektu ECo zaprojektowano instalację SOE i zintegrowano ją z instalacją działającą w trzech już istniejących zakładach emitujących CO2: cementowni, zakładzie gazyfikacji biomasy oraz zakładzie produkcji biogazu. Hagen tłumaczy: „Dostęp do taniej i czystej energii elektrycznej, której proces wytwarzania powoduje powstawanie mniejszych emisji dwutlenku węgla, ma zasadnicze znaczenie dla opłacalności ekonomicznej projektu ECo. Udział źródeł odnawialnych w produkcji energii elektrycznej decyduje o wielkości wpływu na środowisko. Potencjalne korzyści z integracji czerpią wszystkie pilotażowe zakłady, choć wdrożenie koncepcji ECo do cementowani gwarantuje największe korzyści środowiskowe”, przekonuje Hagen. W przypadku Francji, gdzie 23,6 % energii elektrycznej wytwarzane jest przez technologie fotowoltaiczne, każdego roku udaje się zaoszczędzić 239 000 ton równoważnika CO2 (pod względem potencjału globalnego ocieplenia). Podczas gdy miks energetyczny w Europie staje się „czyściejszy”, rozwiązanie zaproponowane w ramach projektu ECo zapewni jeszcze większe korzyści w przyszłości. Twórcy projektu stworzyli narzędzia do oceny korzyści w dowolnych warunkach lokalnych. Udoskonalona w projekcie ECo technologia SOEC może odegrać kluczową rolę w magazynowaniu energii pochodzącej ze źródeł odnawialnych w przyszłości, pomagając UE w zaplanowanej redukcji emisji gazów cieplarnianych, zapewniając jednocześnie stabilne i niezawodne dostawy energii do odbiorców.
Słowa kluczowe
ECo, energia elektryczna, energia, odnawialny, dwutlenek węgla (CO2), stałotlenkowy elektrolizer parowy (SOEC), SOE, gaz cieplarniany (GHG), metan, gaz syntezowy, energia ze źródeł odnawialnych, emisje, magazynowanie energii
