Chinony pomogą przechowywać energię

Na Uniwersytecie Harvarda powstał akumulator, który może zmienić sposób przechowywania energii w sieciach energetycznych, umożliwiając szersze rozpowszechnienie technologii słonecznych i wiatrowych. Naukowcy stworzyli akumulator przepływowy, który wykorzystuje powszechnie występujące, niedrogie molekuły organiczne zwane chinonami. Są one podobne do molekuł, które rośliny wykorzystują do produkcji energii.

Obecnie największą bolączką odnawialnych źródeł energii, takich jak energia wiatrowa czy słoneczna, jest fakt, że źródła te nie są bez przerwy dostępne, zatem produkcja energii nie odbywa się ciągle. Problem ten rozwiązałoby opracowanie taniego sposobu przechowywania energii, którą można by składować w okresach mniejszego zapotrzebowania i uwalniać, gdy zapotrzebowanie rośnie. Profesor Michael J. Aziz, kierownik laboratorium, w którym powstał nowy akumulator, mówi, że z przeprowadzonych przez jego zespół badań wynika, iż już możliwość przechowania takiej ilości energii jaką panele słoneczne lub turbiny wiatrowe produkują w ciągu 24-48 godzin spowoduje, że urządzenia takie można będzie na szeroką skalę podłączać do sieci energetycznej.

Oczywiście już teraz można rozwiązać ten problem. Jeśli chcielibyśmy przechować energię z 1-megawatowej turbiny wiatrowej, którą turbina ta produkowała przez 50 godzin możemy zainstalować tradycyjne akumulatory zdolne do przechowania 50 megawatogodzin energii. Jednak oznaczałoby to, że musimy kupić akumulatory o pojemności elektrycznej wynoszącej 50 MW, gdy tymczasem potrzebny nam jest układ o pojemności elektrycznej 1 MW. Płacenie w takim przypadku za 50-krotnie większą pojemność nie ma ekonomicznego uzasadnienia.

Wielu ekspertów, dostrzegając ten problem, skupia się na pracach nad akumulatorami przepływowymi. Akumulatory takie przechowują energię w płynach znajdujących się w zewnętrznych zbiornikach. Głównymi składnikami takiego systemu są urządzenie, przez który przepływają płyny (ono decyduje o pojemności elektrycznej akumulatora) oraz zbiorniki ze wspomnianymi płynami (od ich wielkości zależy pojemność energetyczna). Wielkość tych elementów można dobierać niezależnie od siebie, zatem właściwości akumulatora można dopasować do zastosowań, co pozwala na przechowywanie energii taniej niż w przypadku tradycyjnych akumulatorów. Opracowane dotychczas akumulatory przepływowe korzystają z elektrolitów zawierających kosztowne lub trudne w obsłudze składniki, co podnosi cenę systemu. W elektrolicie akumulatorów przepływowych wykorzystuje się metale, najczęściej jest to kosztowny wanad.

Uczeni z Harvarda stworzyli akumulator, który sprawuje się równie dobrze jak urządzenie z wanadem, nie zawiera jednak żadnych metali. Do przechowywania energii używa się jonów metali, jednak istnieje ograniczona liczba metod ich wykorzystania, a żadna z nich nie pozwala na tanie przechowywanie dużych ilości energii. Wykorzystanie molekuł organicznych otworzyło całe spektrum nowych możliwości. Niektóre z nich okażą się porażką, a inne sukcesem. Chinony to pierwsze molekuły, które wyglądają bardzo obiecująco - stwierdził profesor Roy G. Gordon, kolejny, obok profesorów Aziza i Alana Aspuru-Guzika, z szefów grupy badawczej.

Chinony powszechnie występują w ropie naftowej i roślinach. W pierwszym chinonowym akumulatorze przepływowym wykorzystano chinon niemal identyczny z tym występującym w rabarbarze. Michael Marshak, jeden z autorów badań, mówi, że do przechowywania energii z dużych farm wiatrowych czy słonecznych trzeba by wykorzystać kilka dużych zbiorników, które można zakopać pod ziemią. Jednak tę samą technologię można wykorzystać też i w domu. Wyobraź sobie urządzenie wielkości boilera. Byłoby ono w stanie przechować tyle energii ile wynosi całodzienna produkcja paneli słonecznych na dachu domu. To zapewniłoby energię od późnego popołudnia, przez całą noc do kolejnego dnia. Dom byłby zasilany bez konieczności korzystania z innych źródeł - mówi Marshak.

Kolejnym krokiem naukowców będzie prowadzenie testów i udoskonalanie nowego akumulatora tak, by nadawał się do zastosowań komercyjnych. Dotychczas stwierdziliśmy, że akumulator nie ulega najmniejszej degradacji po ponad 100 cyklach ładowania/rozładowywania, jednak komercyjne zastosowania wymagają tysięcy cykli - informuje Marshak. Uczeni chcą też popracować nad udoskonaleniem reakcji chemicznych. Myślę, że już teraz opracowaliśmy najlepsze reakcje spotykane w dużych stacjonarnych systemach. Całość jest prawdopodobnie na tyle tania, że mogłaby trafić na rynek. Mamy jednak kilka pomysłów, które pozwolą znacznie udoskonalić nasz system - dodaje Marshak.

Naukowcy współpracują z firmą Sustainable Innovations LLC, której zadaniem będzie zbudowanie mobilnej wersji systemu przechowywania energii. Jak mówi profesor Aziz, taki system można by teoretycznie podłączyć w każdym punkcie sieci i składować w nim energię, gdy jej cena jest niska, a sprzedawać ją w szczycie.

chinon akumulator przepływowy energia źródła odnawialne energia słoneczna energia wiatrowa