A megújuló forrásból származó áram gyakorta nem ott, akkor és olyan mennyiségben áll rendelkezésre, ahol és amikor szükség lenne rá. Ez nem volna gond, ha tárolni lehetne. Sok az ígéretes kutatás. Helyzetkép Petrus Szabolcs írása.
Áramot raktározni nehéz
Minden fogyasztói igény, a fűtéstől a háztartási gépek üzemeltetésén át a közlekedésig fedezhető árammal. Komoly nehézséget jelent viszont, hogy a fosszilis energiahordozókkal, az olajjal és a földgázzal ellentétben az áram tárolása még nem igazán megoldott, illetve alacsony hatékonysággal lehetséges. A tárolás kidolgozása döntően meghatározza a megújuló energia terjedésének sebességét.
Áram raktározása akkumulátorban vagy a víztárolók segítségével nehézkesnek mondható: a víz energiatárolása meglehetősen helyhez kötött. Ezzel a módszerrel a fölösleges áram segítségével egy alacsonyabban fekvő tározóból a vizet felpumpálják egy magasabban lévőbe, ha pedig ismét szükség van az áramra, visszaengedik a vizet, aminek nagy sebességű lefolyása segítségével újra áramot termelnek. A folyamat tehát komoly infrastruktúra kiépítését és természetföldrajzi feltételek teljesülését követeli meg.
Akku nélkül nem megy
Az áramtárolásban az akkumulátornak jut a főszerep, azonban jelentősen növelni kell az eszköz energiatároló képességét. A fejlesztőmérnökök elsősorban az autóiparra nehezedő nyomásnak köszönhetően lázasan dolgoznak a problémán. Sikerült is jelentős fejlődét elérniük, de az igazi áttörés még várat magára.
Az akkumulátor energiatárolási képességének legfontosabb mérőszáma a wattóra per kilogramm, hogy 1 kilónyi akku mennyi energiát tud tárolni (Wh/kg). A hagyományos, a klasszikus autókban található akkuk energiatárolási képessége 20-25 Wh/kg. Ez azt jelenti, hogy egy átlagosan 10 kilós akkuval egy 100-as izzót 6,5 óráig lehet égetni. A jelenleg legfejlettebbnek számító és például az elektroautókban alkalmazott lítium akkumulátornak közel tízszer nagyobb, 150-200 Wh/kg az energiatárolási képessége.
Ha figyelembe vesszük, hogy egy átlagos offshore szélpark 460 ezer háztartás számára elegendő energiát állít elő és egy átlagos háztartás napi 10 kWh áramot használ fel, a mai technológiával hatalmas, 23 ezer tonnás akkura lenne szükség a 460 ezer háztartás egy napi áram szükségletének tárolásához. A képet árnyalja, hogy a lakosság felhasználása folyamatos, ahogy a szél is viszonylag megbízhatóan fúj. Ezért a gyakorlatban elegendő lenne, ha a szélpark által naponta megtermelt áram 10-15 százalékát raktároznák el olyan időszakokra, amikor a háztartások sokat fogyasztanak, a szél viszont gyengén fúj. Az ehhez szükséges 3.000 tonnás akku sem kicsi, de már kivitelezhető.
Áttörés, de nem elég nagy
Az elektroautó gyártás kaliforniai pionírja, a Tesla az akkufejlesztésben is lépni szeretne. Energiatárolóit nem csak az autóihoz használja. Texasban az év eleje óta egy áramtároló állomást épít, amely 100.000 kW áram raktározására lesz képes. Ennyivel biztosítani lehet 10.000 háztarás egy napi áramigényét például egy természeti csapás miatti áramszünet idején.
A Tesla áramtároló állomása jó kezdet, de ahhoz nem elég, hogy nagyobb városok és ipari fogyasztók számára is garantálja a folyamatos ellátást. Szakértők szerint – a Tesla által is alkalmazott – lítium akkuk teljesítménye nem lesz elegendő, ha az energia döntően megújuló forrásból érkezik.
A lítiumra nem épülhet a jövő?
A lítium kevés helyen fellehető ritka fém, ezért drága, és mint minden fosszilis forrás, korlátozottan áll rendelkezésre. Ráadásul a kitermelése környezetkárosító. Bányászat nem igényel ugyan vizet, viszont a talajvízszint csökkenésével jár a bányák közelében. A legnagyobb kitermelő országban, Chilében erdők száradtak ki és egész régiók váltak mezőgazdasági művelésre alkalmatlanná.
Chile alatt a becslések szerint még 8 millió tonna lítiumot rejt a föld. A dél-amerikai országot Ausztráli (2,7 millió tonna), Argentína (2 millió tonna) és Kína (1 millió tonna) követi a lítiumtartalékok rangsorában. Európában csak Portugália rendelkezik számottevő, de világviszonylatban kicsinek számító mennyiséggel. Összesen 14 millió tonnára becsülik a Föld lítium tartalékát. A világ 2018-es 85 ezer tonnás felhasználását figyelembe véve tehát 165 évre elegendő van a ritka fémből. Azonban a lítium iránti igény az elmúlt 10 évben négyszeresére nőtt. Az elektroautók terjedésével és az áramtárolás fokozódó jelentőségével a következő években várhatóan még nagyobb lesz az emelkedés, ami néhány évtized alatt a források kimerüléséhez vezetne.
Minden akkumulátor, beleértve a lítiumosat is, további hátránya, hogy csak egyenáram raktározására alkalmas. A hálózatban azonban váltóáram folyik. Az átalakítás ugyan lehetséges, de technológia igényes, drága és viszonylag nagy áramveszteséggel jár.
Ötletek
A Tesla és a hagyományos autógyártók mellett energetikai vállatok k+f részlegei és kutatóintézetek sokasága dolgozik alternatív energiatarolási módszereken. A két legtöbb reménnyel kecsegtető módszer a kondenzátorok és a hidrogén segítségével történő raktározás.
Előbbi lényege, hogy amíg az akku kémiai formában tárol, addig a kondenzátor elektromos mezőben, ezért az akkunál sokkal nagy energiát képest rövid idő alatt felvenni és leadni. A hidrogén tárolás esetében a fölösleges áramból hidrogént állítanak elő, amit igény esetén árammá alakítanak vissza. A módszer hátrány, hogy az oda-vissza alakítás jelentős energiaveszteséggel jár.
A hidrogén a benzint is helyettesíti
A hidrogén-áram átalakításon alapul a hidrogén meghajtású autó működése is. A víz hidrogénből és oxigénből áll. Ha elektromos áramot vezetünk a vízbe molekulái felbomlanak hidrogénre és oxigénre. Mindkettő gázként távozik. Az energiatermelésre használt üzemanyagcellában ennek a folyamatnak éppen a fordítottja zajlik le. Az üzemanyagcellák hidrogénből és oxigénből vizet állítanak elő. A folyamat során áram és hő képződik. A melléktermék a tiszta víz. Nincs tehát károsanyag kibocsátás a termelés során. Viszont a folyamathoz energia kell. A hidrogén akkor zöld forrás, ha az energia megújuló forrásokból jönne. |
