Tekući zrak kao alternativa fosilnim gorivima

Tehnologija koja je bila zanemarena gotovo 50 godina - skladištenje energije pomoću tekućeg zraka, konačno će biti puštena u rad 2026. godine. Cilj joj je konkurirati litijskim baterijama i crpnoj hidroenergiji u skladištenju čiste energije i smanjenju potrebe za fosilnim gorivima.

Baterije koje koriste zrak

Kako upotreba obnovljive električne energije širom svijeta raste i prvi put nadmašuje ugalj, raste i potreba za njenim skladištenjem kada Sunce ne sija i vjetar ne puše. Dok se neki oslanjaju na baterije velikog kapaciteta, a drugi na crpnu hidroenergiju, mala ali rastuća industrija vjeruje da postoji još bolje rješenje - baterije koje koriste zrak, piše BBC.

U blizini sela Carrington na sjeverozapadu Engleske postavljaju se temelji za prvu komercijalnu elektranu za skladištenje energije iz tečnog zraka. Postrojenje će se sastojati od industrijskih strojeva i velikih spremnika ispunjenih zrakom koji je kompresiran i ohlađen do tečnog stanja, koristeći višak obnovljive energije. Pohranjena energija može se kasnije ispustiti kada potražnja premaši ponudu.

Ako projekt uspije, slijedit će i drugi. Kompanija Highview Power, koja razvija postrojenje, uvjerena je da će ova tehnologija olakšati prelazak s fosilnih goriva na obnovljive izvore, iako je trenutno skupa. No, s rastućom potrebom za skladištenjem čiste energije, vjeruju da će se ravnoteža preokrenuti u korist tečnog zraka.

Nepredvidivi izvori

Prelazak na obnovljive izvore ključan je za smanjenje emisija stakleničkih plinova i izbjegavanje najgorih posljedica klimatskih promjena. No, to predstavlja izazov za elektroenergetske mreže. Elektrane na ugalj i plin mogu se uključivati i isključivati po potrebi, nudeći predvidivu opskrbu. Nasuprot tome, obnovljivi izvori su nepredvidivi - ponekad proizvode premalo, a ponekad previše energije, što može ugroziti stabilnost mreže.

Rješenje je skladištenje viška energije za kasniju upotrebu, čime se osigurava pouzdana opskrba i smanjuje rizik od oštećenja mreže. Kako se upotreba obnovljivih izvora povećava, postaje sve važnije razvijati skladišta energije velikog kapaciteta, kaže Shaylin Cetegen, kemijska inženjerka s MIT-a koja proučava sustave za skladištenje energije.

Skladištenje energije

Desetljećima je glavni oblik skladištenja bila crpna hidroenergija, višak električne energije koristi se za pumpanje vode uzbrdo, koja se kasnije ispušta kroz turbine. U 2021. godini, svijet je imao 160 gigavata kapaciteta pumpne hidroenergije.

U posljednje vrijeme, kako raste potražnja za skladištenjem energije, grade se baterijski sustavi velikog kapaciteta. Prema podacima Međunarodne agencije za energiju, skladištenje energije putem baterija poraslo je sa 1 GW u 2013. na više od 80 GW u 2023, s više od 40 GW dodanih samo prošle godine.

Skladištenje energije pomoću tečnog zraka, nasuprot tome, relativno je nova tehnologija. Osnovna ideja postoji od 1977. godine, ali je tek u ovom stoljeću privukla pažnju.

Proces se odvija u tri faze - prvo se zrak uzima iz okoline i čisti. Zatim se kompresira do vrlo visokog tlaka. Na kraju se hladi dok ne postane tečan, pomoću višestrukog izmjenjivača toplote, uređaja s više kanala i cijevi koji omogućava kontrolirani prijenos toplote.

''Energija koju povlačimo iz mreže pokreće ovaj proces punjenja'', kaže Cetegen.

Pametni načini

Kada mreži zatreba dodatna energija, tečni zrak se koristi. Izvlači se iz spremnika i isparava, ponovo postaje plin, te pokreće turbine koje proizvode električnu energiju. Nakon toga, zrak se vraća u atmosferu.

Postoje i pametni načini za uštedu energije. Na primjer, plinovi pod visokim pritiskom se zagrijavaju, pa se toplota nastala kompresijom zraka može iskoristiti za pomoć u ponovnom tečnjenju zraka.

''Bez ovih termalnih ciklusa oporavka, efikasnost procesa je oko 50 posto, ali kada ih primijenimo, možemo postići više od 60, čak i do 70 posto'', kaže Cetegen.

Izazov je izgraditi dovoljno postrojenja za skladištenje tečnog zraka da bi se ubrzala zelena tranzicija. Novo postrojenje u Manchesteru prvo je komercijalno takve vrste u svijetu. Gradi ga Highview Power, koji ovu tehnologiju razvija već 20 godina. Slijedi nakon demonstracijskog postrojenja u obližnjem Pilsburyju. Postrojenje u Carringtonu moći će skladištiti 300 megavat-sati električne energije, što je dovoljno da pokrije kratkotrajni manjak za oko 480.000 domaćinstava.

Postrojenje će biti pušteno u rad u dvije faze, kaže izvršni direktor Richard Butland. U avgustu 2026. godine turbina će početi s radom, ali neće proizvoditi električnu energiju, već će služiti za stabilizaciju mreže. Trenutno, kaže Butland, operateri mreže ponekad uključuju elektrane na plin radi stabilizacije, što predstavlja veliki trošak.

Ogroman trošak

''To je ogroman trošak za sustav. Nudeći alternativu, možemo ih spriječiti da to rade. U 2027. godini očekuje se početak rada skladišta tečnog zraka'', navodi Butland.

Highview planira ostvarivati prihod prodajom električne energije mreži kada je najpotrebnija. Iako je skladištenje energije ključna tehnologija, ekonomska održivost je izazovna, kaže Cetegen. U studiji objavljenoj u martu, ona i njene kolege analizirali su isplativost skladištenja energije pomoću tečnog zraka u 18 regija SAD-a. Usporedili su osam različitih scenarija dekarbonizacije, s različitim stupnjem korištenja obnovljivih izvora. U svim slučajevima procijenili su koliko novca bi projekat mogao zaraditi kupovinom i prodajom električne energije tijekom 40 godina.

Prema najagresivnijem scenariju dekarbonizacije, skladištenje energije pomoću tečnog zraka bilo je isplativo u Floridi i Teksasu, ali nigdje drugo.

''Nismo zabilježili nijedan ekonomski održiv sistem u drugim scenarijima'', kaže Cetegen.

Iako bi se to moglo površno tumačiti kao negativan rezultat, Cetegen naglašava da to ne znači da je tehnologija loša. Njene metode bile su namjerno konzervativne, a studija je pokazala da su druge tehnologije skladištenja, poput crpne hidroenergije i baterija, još manje ekonomski održive. Ključni problem bio je što skladišta nisu mogla ostvariti značajan prihod u ranim godinama, jer na američkoj mreži nije bilo dovoljno obnovljivih izvora da izazovu volatilnost cijena.