Inginerii din Italia au implementat pe insula Sardinia prima baterie CO2 din lume, care foloseşte o tehnologie genial de simplă, gândită complex

În calea de renunţare la combustibili fosili şi trecere la surse de energie regenerabilă, omenirea are nevoie tot mai mare de baterii. Atât baterii mobile, precum cele de pe maşini, cât şi baterii imense, statice, precum cele asociate unor tehnologii de producţie a electricităţii. Spre exemplu, Tesla a implementat bateriile sale uriaşe la staţii de producţie a electricităţi în Alaska şi Australia. În ultimul caz, bateriile sunt folosite pentru a stoca energia solară generată în timpul zilei, pentru a putea fi folosită în timpul serii şi nopţii. Doar că Tesla foloseşte acolo baterii litiu-ion, de dimensiuni uriaşe. Inginerii din Italia, însă, au ideea de folosi o baterie pe bază de CO2, care nu are nevoie de niciun metal rar.

Tot secretul e în chimie relativ simplă ca principiul de bază, doar că a fost gândită ca un sistem termodinamic închis, complex. Bateria uriaşă a concepută mai ales pentru acelaşi scop de a stoca electricitatea regenerabilă pentru uz ulterior, spre exemplu electricitatea produsă solar ziua, când solicitarea în reţea e mai mică, şi a o întoarce în reţea seara, când solicitarea e mai mare. Iar prima asemenea baterie uriaşă tocmai a fost inaugurată în regim de testare pe insula Sardinia, insulă care nu are fire electrice cu continentul european, are producţie eoliană şi solară, dar cea mai mare parte a energiei e încă asigurată de două centrale pe bază de cărbune, care vor trebui dezactivate în 2025. Respectiv, noua baterie vine să ajute la extinderea capacităţii de producţie de energie regenerabilă, iar prin stocarea energiei, insula va putea opri centralele pe cărbune şi miza doar pe energie solară şi eoliană. Marea, întrebare: cum funcţionează noua baterie?

Ei bine, ea foloseşte proprietăţile gazului CO2, care-i permit acestuia să fie comprimat la temperaturi atmosferice obişnuite în formă de lichid. Alte gaze au nevoie de obicei şi de presiune, şi de temperatură joasă, criogenică, pentru a fi aduse la starea de lichid. Pentru CO2, însă, e suficientă presiunea şi o temperatură obişnuită de mediu.

Aşadar, la etapa iniţială CO2 se află într-un prim rezervor în formă gazoasă, nepresurizată, de unde ulterior are loc prelevarea de CO2 prin conducte spre partea activă a circuitului. Acest CO2 este direcţionat prin conducte şi, cu ajutorul unor compresoare, e comprimat într-un rezervor imens. Odată comprimat, gazul se transformă în lichid, iar în procesul comprimării se degajă căldură, care e captată de circuit şi stocată. Fireşte, în acest proces se foloseşte energie pentru transportare în conducte şi comprimarea CO2, însă cantitatea de energie e mult mai mică decât dacă s-ar folosi un gaz ce trebuie răcit pentru a fi transformat în lichid. Practic, energia electrică e folosită pentru acest proces de transportare şi comprimare CO2, iar în rezervorul de la capătul circuitului, se stochează gazul sub presiune, devenit lichid.

Atunci când se vrea folosirea energiei stocate, CO2-ul lichid începe a circula în conducte pe cealaltă parte a circuitului, fiind încălzit prin schimbătoare de căldură, folosindu-se aceeaşi căldură stocată anterior la comprimare, eventual compensându-se mici pierderi. CO2-ul încălzit se transformă în gaz, şi e direcţionat spre o turbină, învârtind acea turbină şi generând electricitate. După ce trece de turbina generatoare de electricitate, CO2 gazos ajunge în acelaşi rezervor iniţial, de unde va fi mai târziu preluat pentru a fi din nou comprimat şi stocat în lichid. Deci, CO2-ul se află în circuit închis şi nu părăseşte niciodată sistemul.

Foto: Compresorul sistemului, cu care se presurizează CO2 spre stare lichidă

Astfel, energia electrică e folosită iniţial pentru a comprima CO2-ul în formă lichidă, după care e extrasă înapoi prin acea turbină când CO2 revine înapoi în formă gazoasă. La modul practic, ziua surplusul de energie eoliană sau solară e stocat, iar seara e returnat.

Fireşte, există mici pierderi de energie în întregul proces, la fel cum există la orice baterie. Dar, spre deosebire de folosirea altor gaze sau chiar a aerului atmosferic, care necesită răcire, pierderile sunt mult mai mici datorită lipsei necesităţii de răcire.

Pentru comparaţie, 1 kg de CO2 gazos, cu un volum ocupat de 0,55 m3 în formă gazoasă, ajunge la un volum de 1,3 litri când e comprimat în formă lichidă şi ajunge să stocheze 66,7 kWh de electricitate, la o presiune de 70 bari. 1 kg de aer atmosferic, dacă ar fi comprimat la aceeaşi presiune de 70 de bari, cu aceeaşi temperatură, ar ocupa 12 litri volum şi ar stoca doar 2-6 kWh de electricitate. Dacă aerul atmosferic ar fi răcit la -190 grade, el ar ocupa 1,1 litri volum în formă lichidă şi ar stoca mai multă energie, 107 kWh, însă răcirea la 0190 grade Celsius şi menţinerea acelei temperaturi e un proces mult mai energofag, care anulează avantajul de stocare şi face procesul nemeritat de scump şi mai puţin eficient. Deci, proprietăţile unice ale CO2-ului, îi asigură un mijloc de aur în capacitatea de stocare, iar faptul că totul se desfăşoară la temperaturi obişnuite face întregul proces eficient în costuri.

Şi pentru că la mijloc e şi o stocare de căldură, bateria e mai eficientă dacă operează în cicluri de până la 24 de ore, cât căldura preluată de la presurizare poate fi păstrată pentru evaporarea ulterioară. Astfel, această caracteristică face bateria CO2 atractivă mai ales pentru staţiile de producţie a energiei regenerabile, care stochează ziua energia şi o eliberează noaptea.

Pe lângă asta, un asemenea sistem nu are nevoie de nici un material rar, precum litiul sau cobaltul. La construcţie se foloseşte doar obişnuitul oţel, CO2, apă. Respectiv, o asemenea baterie poate fi construită oriunde în lume, inclusiv în zone care nu au acces la resurse energetice obişnuite. O asemenea baterie CO2, poate fi scalată la volume mai mari sau mai mici, inginerii italieni, parte a unui startup numit Energy Dome, au primele comenzi pentru baterii la scară de 20 MWh. O capacitate notabilă, deci.