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.
