Shranjevanje elektrike: v enem litru kovine bo shranjene več energije kot v litru nafte

20. 08. 2019

O shranjevanju elektrike smo se pogovarjali z dr. Matjažem Valantom iz Univerze v Novi Gorici, ki je patentiral sistem shranjevanja elektrike v trdni snovi — kovini in s sodelavci že izdeluje prototip. Izum svetovnih razsežnosti bi lahko rešil mnoge težave v elektroenergetskem sistemu, pri proizvodnji in porabi elektrike. 

Shranjevanje elektrike je trenutno ena največjih težav v energetiki, ki izhaja iz neuravnoteženosti proizvodnje in porabe električne energije. Kakšne slabosti vse to prinaša s seboj?

Če imamo v proizvodnji presežke ali primanjkljaje, to vpliva na stabilnost omrežja. Če so primanjkljaji preveliki, se lahko omrežje sesuje. Najprej se spremeni frekvenca izmeničnega toka, v skrajnih primerih pa lahko to vodi v sesutje celotnega omrežja. Zato imamo sistemske operaterje, ki uravnavajo nihanja in v primeru presežkov znižujejo ceno električne energije, da bi povečali porabo. Včasih pride celo do negativne cene energije. Ko tudi to ne pomaga, je potrebno elektriko zavreči, jo spustiti v zemljo ali prekiniti proizvodnjo.

Kaj pa takrat, ko je elektrike v omrežju premalo? 

Takrat povečamo proizvodnjo ali zmanjšamo potrošnjo z dvigom cene električne energije. Če bi imeli sistem, ki smo ga mi razvili, bi lahko v primeru presežene proizvodnje to elektriko shranili in jo uporabili takrat, ko bi bila potrošnja večja. To bi stabiliziralo omrežje in povečalo celoten izkoristek proizvodnje ter potrošnje električne energije.

Zaradi potrebe po uravnoteženju porabe in proizvodnje električne energije ter s tem stabilizacije omrežij se danes v svetovnem merilu zavrže velika količina energije, kar predstavlja ogromno okoljsko in ekonomsko škodo. Bi lahko zaradi tega v določenem trenutku ostali #brezelektrike? 

Da. Brez elektrike bi ostali, če bi se sesulo omrežje. Prišlo bi do takega neravnotežja, nestabilnosti, da komponente temu ne bi več mogle slediti. 

Vaš izum to težavo rešuje s shranjevanjem električne energije v oksidacijsko-redukcijskem potencialu trdne snovi. Lahko poveste kaj več o njem? Ste zanj že izbrali ime? 

Večina kemijskih pristopov shranjevanja električne energije temelji na oksidacijsko-redukcijskih procesih. Tudi naš sistem — delovno ime je eGEM — vendar smo mi uporabili trdno snov. Ta je zelo gosto pakirana v svoji kristalni strukturi in lahko zato shrani zelo veliko energije na eno volumsko enoto. Trdna snov lahko tako shrani več energije, kot jo je v fosilnih gorivih na eno volumsko enoto. Druga značilnost te tehnologije je, da lahko ves material v sistemu kroži. Med procesom ni nobenih emisij, odpadkov ali potrošnje materiala. Material kroži in prenaša energijo iz vira na porabnika. Energijo spravimo v trdni kovinski matrici, ki jo lahko hranimo neskončno dolgo, pri tem pa ne prihaja do izgube energije. Pri baterijah, na primer, se sčasoma energija izgublja, tu pa do tega ne prihaja.

Kakšne so prednosti takšnega načina shranjevanja elektrike? Kakšne dolgoročne koristi lahko pričakujemo?

Energija je pri našem sistemu shranjena v kovinski matrici , ki jo lahko kadarkoli uporabimo. Del v katerega shranjujemo energijo, lahko odklopimo od tistega dela, v katerem energijo porabljamo. Če bi želeli izkoristiti vetrno ali sončno energijo v Sahari — tega sedaj ne delamo, saj pride med prenašanjem s kabli do velikih izgub — bi lahko to energijo shranjevali v kovino in jo nato prenesli na različne lokacije po svetu, kjer bi jo potem porabili.

Kaj vaš izum pomeni za področje obnovljivih virov energije? Lahko v primeru komercializacije vašega inovativnega postopka za shranjevanje energije pričakujemo tudi boljšo izrabo energije iz obnovljivih virov in njihovo razširitev?

Tako je. V določenem trenutku, ko bo sončno in vetrovno, bomo proizvedli ogromno energije, ki jo bomo želeli uporabiti šele, ko sonca in vetra več ne bo. Zaradi tega bi v obdobju, ko je omrežje obremenjeno s presežki, električno energijo shranili in jo vključili v omrežje, ko jo bomo potrebovali.

Vemo, da je še zgodaj, ampak kdaj bi si lahko obetali dejansko uporabo vašega izuma v vsakdanjem življenju?

Načrtujemo, da v roku enega leta naredimo prototip v pomanjšani izvedbi, ki bo demonstriral delovanje koncepta, nato pa bomo poskušali najti dovolj močne investitorje, ki bodo prototip prenesli na dejansko velikost, primerno za ekonomsko izkoriščanje in namestitev na omrežje proizvajalcev električne energije. Najti investitorje ne bo težko, saj je bilo po objavi novice o našem patentu zanimanje zelo veliko. 

Cilj Evropske direktive do leta 2030 je, da bi delež električne energije iz obnovljivih virov znašal 32 %. Mislite, da bo vaš izum vplival na doseg tega cilja in kako?

Seveda bi lahko, saj bo to neka nova komponenta. Energijo bi bolj koristno porabili, kot pa jo zavrgli.

Na katero področje bo imelo tako shranjevanje elektrike največji vpliv? So to gospodinjstva, industrija, javna raba? Vaši shranjevalniki energije so lahko različnih velikosti. So lahko tako majhni, da napolnijo telefon ali pa tako veliki, da napajajo celo mesto?

Ta trenutek se osredotočamo na izvedbo, ki bo predstavljala stacionarno enoto večjih kapacitet. Imamo tudi ideje za izpeljanke, vendar želimo najprej narediti prvi korak — stacionarne enote za večje količine energije. 

Se lahko s komercializacijo vašega postopka v prihodnosti pojavijo še kakšne nevarnosti? Da bi recimo zmanjkalo materiala?

Ne, vsi materiali so zelo znani industriji, so ceneni materiali. Tudi same tehnološke komponente znotraj sistema niso tako inovativne, da bi jih ne mogli obvladovati. Vse te tehnologije so že precej razvite, mi jih moramo zgolj ustrezno prilagoditi našemu kemijskemu procesu.

Glede na to, da ima vsaka naprava za shranjevanje energije tudi svoje izgube, kakšne izgube bo imel vaš shranjevalnik v primerjavi z drugimi baterijami?

Cel proces shranjevanja energije v našem shranjevalniku ima določene izgube. Ko enkrat shranimo energijo, pa se ta ne izgublja več. Tudi pri izločanju energije iz kovinskega elementa ni skoraj nič izgub. Pri samem shranjevanju energije pričakujemo, da bo izkoristek 60 odstoten. 

Z Institutom CES, inštitutom znanosti in tehnologije, ste poleg pogodbe o nakupu patenta podpisali tudi pogodbo o razvojnem sodelovanju z Univerzo v Novi Gorici. Kaj si lahko od sodelovanja obetamo v prihodnosti?

Delamo skupaj in zastavili smo si cilj, da v enem letu naredimo prototip, razdelili smo si tudi naloge in delo sedaj poteka s skupnimi močmi. To je smisel pogodbe o sodelovanju v tem trenutku. Kaj se bo zgodilo potem, je odvisno od samega razpleta. Verjamem, da če bomo uspešni, bo to sodelovanje in veselje z obeh strani trajalo še zelo dolgo.

V enem letu ste napovedali prototip, kako pa naprej? Kdaj bi lahko z vašim patentom reševali stabilnosti elektroenergetskega sistema? 

Priti iz prototipa na enoto v dejanskem velikostnem merilu, ni mačji kašelj. To bo naloga inženirjev. V njihovem imenu ne vem, kako dolgo bo to trajalo, a glede na to, da sama tehnologija ni tako zahtevna, pa bi lahko eno tako enoto profesionalci postavili v enem letu ali dveh.