Maximální skladování energie: Čpavek

Výzvy zelené energie

Vzhledem k tomu, že změna klimatu způsobuje častější extrémní výkyvy počasí a IPCC stanovil cíle pro snížení emisí, aby se zabránilo zvýšení teploty o dalších 1,5 stupně, svět se snaží přejít na obnovitelné zdroje energie. S probíhajícím celosvětovým přechodem od fosilních paliv k zelené energii vzniká potřeba dlouhodobého skladování a přenosu této zelené energie na velké vzdálenosti. Čpavek je vhodný pro obě aplikace, protože kapalný čpavek je při pokojové teplotě vysoce účinným nosičem vodíku, který lze snadno přepravovat. Palivové články, které mohou využívat vodík ze čpavku, nabízejí významný průlom při překonávání klíčových problémů zelené energie:

• Zajišťování zelené energie v době, kdy jsou ostatní obnovitelné zdroje energie k dispozici přerušovaně

Solární energie se vyrábí pouze tehdy, když svítí slunce. Větrná energie se vyrábí pouze tehdy, když fouká vítr. Skutečnost, že dostupnost těchto stále oblíbenějších obnovitelných zdrojů energie je omezena povětrnostními podmínkami, nabývá na významu s tím, jak tyto zdroje energie tvoří větší část celkové vyrobené energie. Nesoulad mezi výrobou energie z obnovitelných zdrojů a poptávkou spotřebitelů se projevuje v dnes již známé kachní křivce energie z obnovitelných zdrojů; výkyvy v energetické bilanci způsobené obnovitelnými zdroji vytvářejí vážné problémy pro energetické společnosti, které musí tuto poptávku uspokojit. Odpovědí na tuto výzvu budou snadno dostupná řešení skladování energie z obnovitelných zdrojů. Důležitou součástí těchto řešení mohou být palivové články s vysokou dostupností.

• Využití přebytečné kapacity z obnovitelných zdrojů

Místo omezování přebytečné kapacity generované obnovitelnými zdroji lze tuto přebytečnou energii skladovat ve formě kapalného čpavku pro budoucí využití palivovými články. Tento zdroj čpavku by byl čistou alternativou průmyslového čpavku, který se vyrábí výrobním procesem Haber-Bosch.

• Nabízí ekologickou a levnější alternativu k naftě
  Dieselové generátory dosud hrály významnou roli při zajišťování energie v chudých síťových ekonomikách rozvojových zemí. Tyto generátory jsou přinejmenším částečně zodpovědné za znečištění ovzduší naftou a dalšími fosilními palivy, které každoročně způsobí smrt 7 milionů lidí na celém světě. Nahrazení nafty „zeleným čpavkem“ jako nosičem energie by zpřístupnilo čistou a spolehlivou zelenou energii 3,5 miliardám lidí, kteří žijí mimo sítě nebo v chudých oblastech. Uvedení řešení GenCell A5 pro off-grid telekomunikační věže a elektrifikaci venkova na čpavek umožní přístup k energii milionům lidí, kteří jsou nyní stále mimo rozvodnou síť.

Přístupy ke skladování energie z obnovitelných zdrojů

Do dnešního dne se energetický trh zaměřoval především na dva hlavní přístupy ke skladování energie z obnovitelných zdrojů – dobíjecí baterie a vodík. K vývoji dobíjecích baterií různých typů a velikostí se používají rozmanité technologie. Mezi výhody baterií patří energetická účinnost a dlouhá životnost díky nabíjení a přepravitelnosti. Na druhou stranu mezi jejich nevýhody patří značná hmotnost a plocha, vysoké výrobní náklady, rychlé opotřebení, bezpečnostní rizika a problémy spojené s jejich likvidací.

Souběžně s bateriemi je dalším populárním trendem v oblasti skladování energie technologie založená na vodíku, například aplikace využívající vodík k pohonu palivových článků, nabíjecích vozidel a mobilních strojů a další inovativní aplikace. Aplikace, jako je elektrolýza, vyrábějí čistý, ekologický vodík z vody s pomocí přebytku obnovitelné energie; tento vodík lze přepravovat, skladovat a umožnit reelektrifikaci pomocí palivových článků.

Kapacita skladování energie ve formě vodíku je mnohem vyšší než u baterií. Proč tedy tato technologie nedobyla trh? Důvodem je, že skladování energie jako vodíku je náročné. Vybudování životaschopné vodíkové infrastruktury pro dodávky z míst výroby do míst spotřeby není jednoduchou záležitostí. Masová centralizovaná výroba vodíku, ať už ve formě plynu nebo kapaliny, s sebou nese vysoké náklady na dodávku a distribuci, zatímco distribuovaná výroba v malých objemech je neúměrně nákladná. Dodávky vodíku jsou omezeny vysokými náklady, ztrátami energetické účinnosti při přepravě, problémy s čistotou vodíku a náchylností k únikům.

Vědci pracují na nových nosičích vodíku, aby tato omezení překonali. Nosiče vodíku mohou uchovávat vodík v jiném chemickém stavu než volné molekuly vodíku. Jedna ze zajímavých metod dodávání vodíku zahrnuje hydridaci chemické sloučeniny v místě výroby a její následnou dehydrataci v místě dodání nebo v palivovém článku. Potenciální nosiče zahrnují chemické a fyzikální technologie skladování, jako jsou hydridy kovů, uhlíkové nebo jiné nanostruktury a reverzibilní uhlovodíky. Jiné přístupy zahrnují čerpání vodíku do podzemních jeskyní, z nichž mnohé vznikly při důlní činnosti, kde je bezpečně uložen. Technologie Power to Gas vstřikuje vodík do zemního plynu, který je přepravován prostřednictvím stávající infrastruktury. Spalováním se uvolňuje energie; nahrazením 20 % uhlíku vodíkem se emise podobně sníží o 20 %.

Amoniak jako nosič energie

Další možností je využití amoniaku jako nosiče energie. Výhod je celá řada. Za prvé, čpavek je ekonomický. Dostupnost – jde o druhou nejrozšířenější chemickou látku na světě, ročně se vyrobí 200 milionů tun čpavku. Přepravitelnost – čpavek se snadno skladuje a nevyžaduje vysokotlaké skladování. Další klíčovou výhodou je chemická kompatibilita čpavku s alkalickými palivovými články, které používají alkalický elektrolyt. Při krakování čpavku za účelem výroby vodíku se neuvolňují žádné škodlivé látky. Protože neobsahuje uhlík, nevznikají ani žádné vedlejší uhlíkové produkty – čpavek je tak do budoucna „uhlíkově neutrální“ variantou. Čpavek je sice toxická chemikálie se silným zápachem, ale při opatrném zacházení a v souladu s předpisy se bezpečně používá mimo jiné v zemědělství, chladírnách, polovodičích, barvách na vlasy a při čištění vody. Největší výhodou čpavku jako nosiče vodíku je však skutečnost, že jako kapalina, s mírným stlačením a bez kryogenních omezení, nabízí vysokou hustotu skladování vodíku.

Již dnes společnost GenCell vyvinula palivový článek, který využívá kapalný čpavek jako palivo pro řešení napájení mimo rozvodnou síť, které funguje jako autonomní „nanoelektrárna“ mimo rozvodnou síť a umožňuje nám nahradit znečišťující dieselové generátory při zajišťování elektřiny mimo rozvodnou síť. Dnes tyto palivové články fungují na průmyslově vyráběný čpavek, který se vyrábí především běžně používaným, ale vysoce znečišťujícím Haber-Boschovým procesem. Při Haberově-Boschově procesu syntézy amoniaku reaguje dusík s vodíkem pomocí kovového katalyzátoru. Proces probíhá při tlaku 200 atm a vysokých reakčních teplotách téměř 500 °C. Existuje tvrzení, že Haber-Boschův proces je jedním z největších přispěvatelů k hromadění reaktivního dusíku v biosféře. Abychom nabídli zcela ekologickou energii, pracujeme na vývoji ekologického procesu výroby ekologického čpavku, který může nahradit znečišťující Haber-Boschův proces. To by umožnilo průmyslovou výrobu čistého čpavku s využitím obnovitelné energie pro širokou škálu použití, od hnojiv a čištění vody až po poskytování paliva pro alkalické palivové články. Vzhledem k tomu, že tato rovnice neobsahuje žádný uhlík, umožní nám tato technologie, až bude vyspělá, 100% ekologickou distribuovanou výrobu energie. Předpokládáme, že umožníme plně čistý energetický okruh výrobou zeleného čpavku přímo na místě pomocí solární a větrné energie, přičemž čpavek bude využíván k pohonu generátorů alkalických palivových článků kdekoli mimo rozvodnou síť, což umožní elektrifikaci venkova a přiblíží svět k paritě rozvodné sítě. Pro více informací nás kontaktujte na adrese [email protected].

.