Végső energiatárolás:

A zöld energia kihívásai

Mivel a klímaváltozás egyre gyakoribb szélsőséges időjárást okoz, és az IPCC célokat tűzött ki a kibocsátás csökkentésére, hogy megakadályozza a hőmérséklet további 1,5 fokos emelkedését, a világ erőfeszítéseket tesz a megújuló energiára való átállás érdekében. A fosszilis tüzelőanyagokról a zöld energiára való globális átállással szükség van a zöld energia hosszú távú tárolására és nagy hatótávolságú átvitelére. Az ammónia mindkét alkalmazásra kiválóan alkalmas, mivel szobahőmérsékleten a folyékony ammónia a hidrogén rendkívül hatékony hordozója, amely könnyen szállítható. Az ammóniából hidrogént hasznosító üzemanyagcellák jelentős áttörést jelentenek a zöld energia legfontosabb kihívásainak leküzdésében:

• Zöld energia biztosítása, amikor más megújuló energiaforrások időszakosan állnak rendelkezésre

A napenergia csak akkor termelődik, amikor a nap süt. A szélenergia csak akkor termelődik, amikor fúj a szél. Az a tény, hogy ezeknek az egyre népszerűbb megújuló energiaforrásoknak a rendelkezésre állását az időjárási viszonyok korlátozzák, egyre nagyobb jelentőséggel bír, mivel ezek az energiaforrások a teljes energiatermelés egyre nagyobb részét teszik ki. A megújuló energia termelésének és a fogyasztói keresletnek az eltérését mutatja a ma már híres megújuló energia kacsagörbe; a megújuló energiaforrások okozta energiamérleg-ingadozások komoly kihívások elé állítják az energiaszolgáltatókat, amelyeknek ki kell elégíteniük ezt a keresletet. A választ erre a kihívásra a könnyen elérhető megújulóenergia-tárolási megoldások jelentik majd. A nagy rendelkezésre állású üzemanyagcellák e megoldások fontos részét képezhetik.

• A megújuló energiaforrásokból származó többletkapacitás hasznosítása

A megújuló energiaforrások által termelt többletkapacitás visszafogása helyett ez a többletenergia folyékony ammónia formájában tárolható, hogy azt az üzemanyagcellák később felhasználhassák. Ez az ammóniaforrás tiszta alternatívája lenne a Haber-Bosch gyártási eljárással előállított ipari ammóniának.

• Zöld, alacsonyabb költségű alternatívát kínál a gázolaj helyett
  A dízelgenerátorok eddig jelentős szerepet játszottak a fejlődő országok szegény hálózatos gazdaságainak áramellátásában. Ezek a generátorok legalábbis részben felelősek a dízel és más fosszilis tüzelőanyagokból származó légszennyezésért, amely világszerte évente 7 millió ember halálát okozza. Ha a dízelüzemanyagot “zöld ammóniával”, mint energiahordozóval helyettesítenénk, tiszta, megbízható zöld energiát tennénk elérhetővé a 3,5 milliárd ember számára, akik hálózaton kívüli vagy szegény hálózatú területeken élnek. Az ammóniával működő, távközlési tornyokhoz és vidéki villamosításhoz használt GenCell A5 hálózaton kívüli megoldás bevezetése olyan emberek milliói számára teszi lehetővé az energiához való hozzáférést, akik jelenleg még a hálózaton kívül vannak.

A megújuló energia tárolásának megközelítései

A mai napig az energiapiac elsősorban a megújuló energia tárolásának két fő megközelítésére összpontosít – az újratölthető akkumulátorokra és a hidrogénre. A különböző típusú és méretű újratölthető akkumulátorok kifejlesztésére változatos technológiákat alkalmaznak. Az akkumulátorok előnyei közé tartozik az energiahatékonyság és a hosszú élettartam a töltésnek és a szállíthatóságnak köszönhetően. Hátrányaik közé tartozik viszont jelentős súlyuk és helyigényük, magas előállítási költségük, gyors romlásuk, biztonsági kockázatuk és az ártalmatlanításukkal kapcsolatos problémák.

Az akkumulátorokkal párhuzamosan az energiatárolás másik népszerű irányzata a hidrogéntechnológián alapul, például olyan alkalmazások, amelyek a hidrogént üzemanyagcellák, tölthető járművek és mobil gépek meghajtására használják fel, egyéb innovatív alkalmazások mellett. Az olyan alkalmazások, mint az elektrolízis, tiszta, zöld hidrogént állítanak elő vízből a megújuló energiafelesleg segítségével; ez a hidrogén szállítható, tárolható és lehetővé teszi az üzemanyagcellák segítségével történő újraelektrifikációt.

A hidrogén formájában tárolt energia tárolási kapacitása jóval nagyobb, mint az akkumulátoroké. Miért nem hódította meg tehát ez a technológia a piacot? Azért, mert az energiatárolás hidrogén formájában kihívást jelent. Az életképes hidrogéninfrastruktúra kiépítése a termeléstől a fogyasztási helyekre történő szállításhoz nem egyszerű feladat. A tömeges, központosított hidrogéntermelés – akár gáz, akár folyadék formájában – magas szállítási és elosztási költségekkel jár, míg a kis volumenű, elosztott termelés megfizethetetlenül költséges. A hidrogénszállítást korlátozzák a magas költségek, a szállítás során fellépő energiahatékonysági veszteségek, a hidrogén tisztaságával kapcsolatos problémák és a szivárgási hajlam.

A tudósok újszerű hidrogénhordozókon dolgoznak e korlátok leküzdése érdekében. A hidrogénhordozók képesek a hidrogént a szabad hidrogénmolekuláktól eltérő kémiai állapotban tárolni. A hidrogénszállítás egyik érdekes módszere egy kémiai vegyület hidridálása a termelés helyén, majd dehidridálása a szállítás helyén vagy az üzemanyagcellában. A lehetséges hordozók közé tartoznak a kémiai és fizikai tárolási technológiák, például a fémhidridek, a szén- vagy más nanoszerkezetek és a reverzibilis szénhidrogének. Más megközelítések szerint a hidrogént földalatti üregekbe szivattyúzzák, amelyek közül sok bányászati tevékenység során keletkezett, és ott biztonságosan tárolják. A Power to Gas technológia hidrogént fecskendez a meglévő infrastruktúrán keresztül szállított földgázba. Az égés felszabadítja az energiát; a szén 20%-ának hidrogénnel való helyettesítésével a kibocsátás hasonlóan 20%-kal csökken.

Az ammónia mint energiahordozó

Egy másik lehetőség az ammónia energiahordozóként való felhasználása. Ennek számos előnye van. Először is, az ammónia gazdaságos. Elérhetőség – a világon a második legelterjedtebb vegyi anyag, évente 200 millió tonna ammóniát állítanak elő. Szállíthatóság – az ammónia könnyen tárolható, és nem igényel nagynyomású tárolást. Egy másik kulcsfontosságú előnye az ammónia kémiai kompatibilitása a lúgos elektrolitot használó lúgos üzemanyagcellákkal. Amikor pedig az ammóniát hidrogén előállítására krakkolják, nem bocsátanak ki káros szennyező anyagokat. Mivel nem keletkezik szén, nem keletkeznek szén melléktermékek sem – így az ammónia a jövő “karbonsemleges” opciója. Bár az ammónia mérgező, erős szagú vegyi anyag, óvatos és az előírásoknak megfelelő kezelés esetén biztonságosan használható többek között a mezőgazdaságban, a hűtésben, a félvezetőkben, a hajfestékekben és a víztisztításban. Az ammónia mint hidrogénhordozó legnagyobb előnye azonban az, hogy folyadékként, enyhe nyomás alatt tartva és kriogén korlátozások nélkül nagy hidrogéntárolási sűrűséget biztosít.

A GenCell már ma kifejlesztett egy olyan üzemanyagcellát, amely a folyékony ammóniát hasznosítja egy hálózaton kívüli áramellátási megoldás üzemanyagaként, amely a hálózaton kívüli autonóm “nanoerőműként” működik, lehetővé téve a környezetszennyező dízelgenerátorok kiváltását a hálózaton kívüli áramellátásban. Ma ezek az üzemanyagcellák iparilag előállított ammóniával működnek, amelyet főként az általánosan használt, de erősen szennyező Haber-Bosch-eljárással állítanak elő. A Haber-Bosch-féle ammóniaszintézis során a nitrogén egy fémkatalizátor segítségével reagál hidrogénnel. A folyamatot 200 atm nyomáson és magas, közel 500 °C-os reakcióhőmérsékleten végzik. Állítások szerint a Haber-Bosch-folyamat az egyik legnagyobb mértékben hozzájárul a bioszférában a reaktív nitrogén felhalmozódásához. Annak érdekében, hogy teljesen zöld energiát kínáljunk, egy olyan környezetbarát eljárás kifejlesztésén dolgozunk, amellyel zöld ammóniát állíthatunk elő, amely kiválthatja a szennyező Haber-Bosch-folyamatot. Ez lehetővé tenné a tiszta ammónia ipari előállítását megújuló energia felhasználásával a műtrágyáktól és a víztisztítástól kezdve a lúgos üzemanyagcellás megoldások üzemanyagának biztosításáig számos alkalmazásban. Mivel ez az egyenlet nem tartalmaz szenet, ha kiforrottá válik, ez a technológia lehetővé teszi a 100%-ban zöld, elosztott energiatermelést. Elképzeléseink szerint egy teljesen tiszta energiakört teszünk lehetővé azáltal, hogy zöld ammóniát állítunk elő a helyszínen nap- és szélenergia felhasználásával, és az ammóniát lúgos üzemanyagcellás generátorok működtetésére használjuk bárhol a hálózaton kívül, lehetővé téve a vidéki villamosítást, és közelebb hozva a világot a hálózati paritáshoz. További információért forduljon hozzánk a [email protected].

címen.