Nowatorski akumulator na słoną wodę sezonowo magazynuje energię elektryczną
Duża część odnawialnej energii elektrycznej wytwarzana jest w sposób nieciągły, na przykład podczas słonecznych lub wietrznych dni. Dodatkowo energia może być wytwarzana głównie w jednym sezonie, potrzebna natomiast w innym. Warunki te stwarzają zapotrzebowanie na nowy rodzaj produktów do magazynowania energii elektrycznej. Magazynowanie energii elektrycznej wymaga użycia akumulatorów. Wiele z nich, jak np. akumulatory litowo-jonowe stosowane w urządzeniach przenośnych, nie nadaje się pod względem technicznym i ekonomicznym do długotrwałego magazynowania energii. Obecnie żadna z dojrzałych technologii akumulatorowych nie pozwala na sezonowe magazynowanie energii elektrycznej na dużą skalę. W ramach finansowanego ze środków UE projektu BAoBaB opracowano nowy typ akumulatora, zwany „kwasowo-zasadowym akumulatorem przepływowym” (ang. acid-base flow battery, ABFB), przeznaczony do tego rodzaju zastosowania. Technologia ta jest bezpieczna, zrównoważona i niedroga. W przeciwieństwie do wielu rodzajów akumulatorów technologia BAoBaB nie wymaga użycia metali szlachetnych, a zamiast nich wykorzystuje słoną wodę. W ramach projektu zmodernizowano i zoptymalizowano istniejący wcześniej system, a następnie zademonstrowano go w skali pilotażowej.
Rozszczepianie i rekombinacja cząsteczek wody
W kontakcie z elektrycznością z roztworu soli, w wyniku rozszczepienia cząsteczek wody, powstaje kwas i zasada. Aby wytworzyć energię elektryczną, kwas i zasada poddawane są rekombinacji w celu uzyskania roztworu soli. Do magazynowania energii służy system elektrodializy bipolarnej. Jego specjalnie opracowana w ramach projektu membrana ułatwia wytwarzanie roztworów kwasów i zasad. Rekombinacja cieczy kwasowej i zasadowej skutkuje uwolnieniem użytecznej ilości energii elektrycznej. Jak wyjaśnia dr Michele Tedesco, koordynator projektu, „Pojedynczy moduł naszego akumulatora składa się z serii membran i przekładek wciśniętych pomiędzy dwie metalowe płytki z elektrodami. Sam akumulator jest rozmiarów walizki. Najwięcej miejsca zajmują zbiorniki, w naszym przypadku trzy: po jednym na kwas, zasadę i roztwór soli”. Objętość zbiorników jest proporcjonalna do ostatecznej ilości energii elektrycznej, jaką może pomieścić akumulator. Obecna instalacja pilotażowa obejmuje dwa zbiorniki o pojemności 2 000 litrów i jeden zbiornik na roztwór soli o pojemności 4 000 litrów.
Zastosowania na dużą skalę
Ogólnie rzecz biorąc, technologia ta jest odpowiednia do zastosowań stacjonarnych w skalach kilowatowych (gospodarstwa domowe) i megawatowych (przemysł). Ze względu na stosunkowo niską gęstość energii ABFB nie nadaje się do zastosowania w pojazdach elektrycznych ani żadnych innych zastosowań, które wymagają szybkiego ładowania. „Jedną z głównych zalet technologii ABFB jest jej skalowalność”, dodaje Tedesco. „Nadaje się ona szczególnie do zastosowania jako wspólny akumulator dla wielu gospodarstw domowych oraz do wyrównywania zapotrzebowania szczytowego w elektrowniach”. Instalacja pilotażowa (we Włoszech) składała się z czterech modułów akumulatorów o łącznej pojemności 1 kW/7 kWh. W pierwszej fazie testów wykazano, że gęstość energii wyładowania kształtowała się na poziomie 6,76 kWh na metr sześcienny, a całkowita sprawność wyniosła około 70 %. Wydajność była nieco niższa podczas dziewięciu miesięcy późniejszych testów w rzeczywistym środowisku, ale większość problemów technicznych udało się rozwiązać. Wystąpiło kilka usterek wpływających na wydajność, czego można spodziewać się po instalacji pilotażowej, które zespół planuje usunąć przed wprowadzeniem na rynek. Konsorcjum spodziewa się, że do 2025 roku powstanie w pełni komercyjna instalacja o wydajności około 100 razy większej niż w przypadku instalacji pilotażowej. BAoBaB jest rozwiązaniem problemu, jak magazynować energię wytwarzaną z odnawialnych źródeł. Dzięki temu ekologiczna energia elektryczna staje się bardziej praktyczna, jeszcze bardziej zmniejszając naszą zależność od paliw kopalnych.
Słowa kluczowe
BAoBaB, akumulator, kwasowo-zasadowy akumulator przepływowy, elektrodializa bipolarna, membrana, odnawialne źródła energii, energia elektryczna, magazynowanie
