Energii na Ziemi jest pod dostatkiem, żeby zapewnić ją całemu światu. Problem polega na tym, że jest to głównie energia słoneczna i wiatrowa. Żeby móc ją wykorzystać np. w nocy albo w czasie niepogody, trzeba ją przechować. Niestety, większość obecnie dostępnych technologii magazynowania elektryczności jest tak droga, że całe przedsięwzięcie nie ma sensu ekonomicznego.

Amerykańska firma Form Energy ogłosiła właśnie, że wyprodukowała akumulatory typu żelazo-powietrze. Energia pochodzi w nich z utleniania żelaza – innymi słowy, po prostu z jego rdzewienia. Podczas ładowania takiego akumulatora tlenek metalu zamienia się z powrotem w metal. Firma ogłosiła, że jej akumulatory mogą przechowywać energię przez 100 godzin, co w zupełności starczy na noc, kilka pochmurnych lub bezwietrznych dni.

Zaletą takich akumulatorów jest bezsprzecznie ich cena. W przeciwieństwie do litu, powszechnie wykorzystywanego w bateriach, żelazo jest łatwo dostępne i tanie. Zarówno żelazo, jak i powstający tlenek, czyli zwykła rdza, są bezpieczne dla zdrowia i środowiska. Ich produkcja również obywa się bez szkodliwych odczynników.

„Rdzewiejące akumulatory” nie zasilą telefonów. Ale zgromadzą prąd z elektrowni słonecznych i wiatrowych

Nie spodziewajmy się jednak, że nasze smartfony wkrótce będą zasilać „rdzewiejące baterie”. Akumulatory żelazowo-powietrzne maja mniejszą gęstość energii niż litowo-jonowe, czyli żeby przechować taką samą ilość energii muszą być znacznie większe. Opracowany przez Form Energy akumulator jest wielkości pralki automatycznej.

Nowe akumulatory przydadzą się jednak wszędzie tam, gdzie istotny jest koszt, a wielkość odgrywa mniejsze znaczenie. Setki takich ogniw sprawdzą się doskonale w elektrowniach słonecznych i wiatrowych, które będą mogły magazynować energię nawet na cztery dni.

Producent twierdzi, że nawet w obecnej wersji jeden akr (czyli około 0,4 hektara) pokryty takimi akumulatorami pozwoli dostarczyć nawet jeden megawat mocy. Lepsza wersja, nad którą firma już pracuje – nawet trzy megawaty.

Niski koszt sprawi, że energia z odnawialnych źródeł będzie tania i stale dostępna

Na swojej stronie internetowej Form Energy przekonuje, że jej wynalazek rozwiąże problem przechowywania energii ze źródeł odnawialnych. Atutem ma być koszt.

Stosowane dziś akumulatory litowo-jonowe są drogie, a koszt przechowywania energii w przeliczeniu na kilowatogodzinę wynosi w nich nawet do 80 dolarów. Nowe „rdzewiejące akumulatory” pozwolą zbić ten koszt o 90 proc.

Firma twierdzi, że to pułap, który pozwoli na zastąpienie tradycyjnych elektrowni zasilanych spalaniem paliw: węgla, ropy i gazu. Źródła odnawialne, nawet doliczając koszt przechowywania energii, będą w końcu zdecydowanie tańsze.

Prace nad akumulatorem żelazowo-powietrznym odbywały się bez rozgłosu. W Form Energy zainwestowali jednak miliarderzy Bill Gates i Jeff Bezos. Całkiem niedawno zrobił to także największy producent stali na świecie, koncern Acelor-Mittal. Form Energy podpisała też umowę z amerykańskim dostawcą energii Great River Energy na pilotażowy projekt instalacji o pojemności 300 MWh (megawatogodzin), który ma rozpocząć się w 2023 roku.

Nad akumulatorami żelazo-powietrze inżynierowie pracują od ponad dekady. Form Energy zajęło to cztery lata.

Akumulatory litowe mają wady. I są dość drogie

Istnieją już duże akumulatory litowo-jonowe – Powerwall, produkowane przez fabrykę Elona Muska. Mają pojemność 6 lub 13 kWh (kilowatogodzin) i pozwalają przechować energię z paneli fotowoltaicznych przez jeden dzień. W Australii powstała też elektrownia słoneczna, która na noc magazynuje energię w tysiącach takich akumulatorów.

Akumulatory litowo-jonowe mają jednak swoje wady. Lit jest metalem łatwopalnym. Samsung musiał wycofać smartfony Galaxy Note 7, których baterie stawały z tego powodu w płomieniach. Podobne incydenty odnotowywano w Boeingach 787. Odpowiednie zabezpieczenie litu w akumulatorach dodatkowo zwiększa koszt produkcji takich urządzeń.

Wydobycie litu oraz potrzebnych do produkcji akumulatorów niklu i kobaltu jest też szkodliwe środowiska, bo odbywa się z użyciem trujących chemikaliów. Jest to zresztą wadą większości akumulatorów.

Świat szuka alternatywy dla litu. Może nią być glin lub cynk

Alternatywą mogą być baterie, które nie potrzebują niklu i kobaltu. Drugą elektrodą jest w nich tlen pochodzący z powietrza. Baterie typu lit-powietrze swoją gęstością energii, czyli ilością przechowywanej energii w przeliczeniu na masę, mogłyby dorównywać paliwom, na przykład benzynie. Do tej pory nie opracowano jednak odpowiedniego elektrolitu, który zapewniłby im odpowiednią wydajność i trwałość.

Z kolei baterie czerpiące energię z utleniania glinu, które teoretycznie mogłoby dostarczyć jeszcze więcej energii niż utlenianie litu, trapi inny problem. Tlenek glinu jest trwały, dlatego trzeba go z takiej baterii usunąć. Można wstawić zupełnie nową, ale oznacza to, że jest to bateria, czyli nośnik wykonujący tylko jeden cykl pracy, a nie akumulator, który można ładować wielokrotnie. Niemniej, ze względu na bardzo wysoką gęstość energii takie baterie wykorzystuje amerykańska armia.

Z kolei baterie, w których anodą jest cynk, a katodą tlen z powietrza, powszechnie wykorzystywane są na przykład w aparatach słuchowych.

Źródła: Form Energy, Półprzezroczyste ogniwa słoneczne – przyszłość uprawy warzyw i owoców?0.

Więcej o nowych sposobach na magazynowanie energii piszemy w sierpniowym wydaniu magazynu „Focus”.