Bardziej ekologiczne akumulatory dzięki podejściu obliczeniowemu
Podejmowane są wspólne działania mające na celu zwiększenie oddawanej do sieci ilości energii ze źródeł odnawialnych. Aby było to możliwe, potrzebne są nowe metody magazynowania tej energii, które zapewnią dostawy energii w okresach słabego wiatru lub nasłonecznienia. Jedną z technologii, która wykazała na tym polu potencjał, są akumulatory przepływowe redoks (RFB). Energia jest magazynowana w cieczy, z której może zostać uwolniona, gdy zwiększy się zapotrzebowanie. Rozwiązanie to może pomóc w lepszym dostosowaniu odnawialnych źródeł energii do potrzeb sieci.
Optymalizacja selekcji materiałów organicznych
„Kluczowym wyzwaniem jest jednak fakt, że większość materiałów wykorzystywanych do produkcji RFB – np. metale takie jak wanad – nie jest dostępna w krajach UE”, zauważa Jens Noack z Towarzystwa Fraunhofera w Niemczech, koordynator projektu SONAR. „Jeśli stworzenie zrównoważonych dostaw energii ma się udać, musimy znaleźć powszechnie występujące materiały organiczne”. W związku z tym celem finansowanego przez Unię Europejską projektu SONAR było znalezienie sposobów optymalizacji procesu identyfikacji opłacalnych, łatwo dostępnych materiałów organicznych, które można by następnie wykorzystać do produkcji RFB. W tym celu do udziału w projekcie zaproszono instytucje akademickie, a także partnerów przemysłowych, producentów materiałów i specjalistów w dziedzinie obliczeń. W projekcie zastosowano metody obliczeniowe, aby uzyskać wysoką przepustowość badań przesiewowych ukierunkowanych na selekcję potencjalnych kandydatów na materiały. „Naszą motywacją było przyspieszenie procesu badawczego poprzez przeprowadzenie wstępnych badań przesiewowych przy użyciu komputera”, wyjaśnia Noack. „Po wyłonieniu obiecujących materiałów mogą one następnie być zsyntetyzowane w laboratorium”.
Liniowa metoda przesiewowa o wysokiej przepustowości
Opracowano internetowe narzędzie demonstracyjne, które udostępniono bezpłatnie, aby podkreślić potencjał tego podejścia obliczeniowego. Ponadto zespół projektu opracował różne komponenty i modele, które można łączyć w celu stworzenia liniowej, wysokowydajnej metody badań przesiewowych. „Opracowaliśmy demonstratory działające w różnych skalach i uwzględniające najróżniejsze kwestie”, dodaje Noack. „Wychodzimy od skali kwantowej, następnie przez skalę elektrody przechodzimy do skali sieci”. Podejścia obliczeniowe zapoczątkowane w projekcie SONAR obejmują również szacowanie reakcji na poziomie elektrody, które odpowiadają za większość strat energii i sprawności, a także reakcje miejscowe. „Wszystkie te kwestie należy wziąć pod uwagę”, mówi Noack. „Jeśli będziemy w stanie zidentyfikować potencjalne reakcje miejscowe od samego początku, to od razu dowiemy się, że dany materiał nie będzie opłacalny”. W ramach projektu powstały również inne modele ekonomiczne, umożliwiające obliczenie potencjalnych kosztów wykorzystania poszczególnych materiałów RFB na poziomie sieci. „Ostatecznym czynnikiem decydującym są koszty całkowite”, podkreśla Noack.
Identyfikacja organicznych, łatwo dostępnych materiałów
Dostęp do wysokoprzepustowych badań przesiewowych oznacza, że użytkownicy mogą przeprowadzać testy potencjalnych materiałów organicznych w czasie rzeczywistym, bez konieczności przeprowadzania badań laboratoryjnych. Zdaniem Noacka modelowanie obliczeniowe w skali kwantowej najprawdopodobniej spodoba się naukowcom i badaczom, którzy chcą przesuwać dotychczasowe granice wiedzy. Natomiast techniczno-ekonomiczne modele analityczne będą najbardziej interesujące dla podmiotów z branży przemysłowej, które lubią wiedzieć, jakie materiały są najbardziej opłacalne z komercyjnego punktu widzenia. Zespołowi projektu SONAR udało się osiągnąć oba te cele, opracowując modułowy, wysokoprzepustowy proces, który może być obecnie wykorzystywany do identyfikacji organicznych, powszechnie dostępnych materiałów. „Następnym krokiem będzie rozpoczęcie poszukiwania odpowiednich kandydatów”, dodaje Noack. „Właśnie to planujemy teraz zrobić”.
Słowa kluczowe
SONAR, akumulatory, akumulatory przepływowe redoks, energia, organiczne, redoks, kwantowe, elektroda
