Un inginer de la MIT şi echipa sa au creat tehnologia bateriilor mari de reţea pe bază de staniu lichid şi panouri termofotovoltaice, care costă de 10 ori mai puţin decât cea litiu-ion

Un inginer de la universitatea MIT, pe nume Asegun Henry, care şi-a petrecut cea mai mare parte în laboratoare în căutarea soluţiei care ar putea schimba radical capacităţile omenirii de a stoca energia regenerabilă, a ajuns acum eroul geniu în lumea tehnologiei, după ce ideea sa, demonstrată practic, a acumulat acum câteva zile 19 milioane de dolari la o primă rundă de investiţii pentru a fi transpusă în primele produse definitivate. Asegun e fondatorul unui start-up pe nume Fourth Power, iar ideea sa reuşise deja să atragă oameni cu reputaţie impecabilă în fizică şi tehnologie, precum Arvin Ganesan, care a lucrat şi pentru Apple, dar şi alţi 3 fizicieni renumiţi în consiliul de directori. Acum cei de la Fourh Power şi-au prezentat tehnologia excepţional de interesantă în faţa investitorilor pentru a aduna bani ca s-o transpună în primele centrale adevărate de stocare a energiei regenerabile, iar runda lor de investiţii a fost un succs major. În ea a investit până şi fondul Breakthrough Energy Venture, deţinut de renumitul Bill Gates, dar şi un alt fond de investiţi renumit în acest domeniu, Black Venture Capital Consortium.

Foto: Aşa arată unul din componentele sistemului noi centrale

Promisiunea noii tehnologii e una grandioasă şi în acelaşi timp a aduce o abordare neaşteptat de diferită a stocării de energie. Simplu spus, vorbim de centrale mari, scalabile în dimensiune, de stocare a electricităţii la nivel de reţele electrice, care pot stoca energia regenerabilă atunci când ea e existentă în surplus şi o pot elibera înapoi când e nevoie de ea, ajutând astfel la evitarea perioadelor de supraproducţie în sistem şi irosire a energiei în exces. Tehnologia nu foloseşte baterii clasice, are o densitate energetică admirabilă şi e foarte flexibilă în ajustarea intensităţii şi duratei de descărcare a bateriei, putând fi uşor ajustată oricăror fluctuaţii de cerere în reţea. Mai mult ca atât, o asemenea centrală ar costa de 10 ori mai puţin decât una cu baterii litiu-ion sau LFP, iar la fabricarea centralei nu se folosesc metale rare, disponibile limitat pe pământ, ceea ce ar permite asimilarea rapidă şi pe larg a acestei tehnologii. În ce constă tehnologia, deci?

Foto: Aşa arată o centrală modernă obişnuită cu zeci sau sute de containere de baterii

La baza ei stă un metal lichid, staniul, cunoscut în română şi drept cositor, iar un alt element crucial e un panou termofotovoltaic. Interacţiunea acestor două elemente în sistem face posibilă stocarea energiei şi recuperarea într-un mod ingenios. Să vedem, deci cum are loc stocarea şi recuperarea energiei şi care e construcţia sistemului.

Foto: Aşa ar arăta o întreagă centrală construită pe baza tehnologiei Fourth Power

În faza de încărcare a bateriei, electricitatea e convertită în căldură prin elemente inductive, care încălzesc o reţea de conducte, cu multipli pereţi verticali, între pereţi existând conductele cu staniu, care absorb căldura. Staniul are punctul de topire la 231,8 grade Celsius, deci trebuie să fie mai fierbinte de atât, pentru a putea circula prin conductele care conţin acest metal. Conductele sunt realizate la rândul lor din carbon şi sunt imune la temperaturi înalte. Apropo, punctul de fierbere a staniului a de 2.362 grade Celsius, iar această cifră devine importantă mai departe în circuit.

Staniul ajunge în acest bloc la circa 1.900 grade Celsius şi e încălzit până la 2.400 grade Celsius, deci la ieşire din acest bloc de convertire a electricităţii în căldură ajunge deja la o temperatură de fierbere şi pleacă într-o asemenea formă mai departe pe circuit.

Conductele de staniu duc până la o unitate de stocare, formată din blocuri de grafit, deci tot carbon, în esenţă. Staniul care circulă print aceste blocuri le transferă lor căldura, astfel încât staniul iese din acest bloc din nou la o temperatură de 1.900 grade Celsius, plecând spre un nou ciclu de preluare a căldurii, iar blocurile de grafit se încălzesc treptat până ajung ele la 2.400 grade. Când toate blocurile de grafit ajung la 2.400 grade Celsius, bateria se consideră a fi complet încărcată.

Blocurile de grafit sunt izolate termic în unitatea de stocare. Pentru o baterie capabilă să furnizeze 1 GW de putere la descărcate, unitatea de stocare trebuie să aibă o suprafaţă de circa 5.350 metri pătraţi, deci circa 53 de ari, ceea e foarte puţin în comparaţie cu centralele de baterii, care necesită o suprafaţă considerabil mai mare la asemenea parametri de putere. Ca să se asigure o putere de 1 GW pe durata a 2 ore de descărcare cu baterii Tesla Megapack, ar fi nevoie de 519 baterii, deci 519 containere mari plasate cu spaţii între ele pe o suprafaţă imensă. Dacă ne-am dori 1 GW putere şi 4 ore de descărcare, suprafaţa şi numărul bateriilor se dublează.

Bateria despre care vorbim azi, cu staniu şi blocuri de grafit ce stochează căldura, poate stoca energia timp de o lună, pierzând 1% din căldura stocată la fiecare 24 ore.

În faza de descărcare a bateriei, pompele din circuitul de metal lichid circuitul într-o altă configuraţie, iar staniul trece acum prin unitatea cu blocuri de grafit şi preia de acolo căldura, astfel încât staniul iese din acea unitate încălzit la 2.400 grade Celsius.

De la această unitate, staniul lichid e trimis către blocul de generare a electricităţii, iar aici se întâmplă cea mai interesantă parte. Aici sunt zeci de celule mari, iar prin partea de jos a fiecărei celule circulă staniul lichid, încins, care emană lumină intensă. De sus e coborâtă o tijă cu un panou termofotovoltaic la capătul ei, care transformă această lumină şi căldură intensă în electricitate. În esenţă, acest panou funcţionează similar cu un panou fotovoltaic, doar că e ajustat în gama de frecvenţe exactă potrivită pentru a capta la maxim căldura şi lumina din interior. Celula are oglinzi pe interior, astfel încât lumina şi căldura să fie reflectate şi captate şi din reflecţie, ajungându-se la o eficienţă maximă.

Din zecile de celule identice dintr-o asemenea unitate de generare a electricităţii, se pot conecta oricând mai multe sau mai puţine celule, cu reacţie de câteva secunde. Astfel puterea generată de acest bloc poate varia uşor în funcţie de cerere, cu un diapazon imens. Asta înseamnă că timpul de descărcare a unei asemenea centrale de baterii poate fi doar de 5 ore, apropiat de ce oferă azi centralele cu baterii, sau poate fi extins până la 100 de ore, dacă se doreşte o descărcare mai lentă în timp.

Foto: Blocul de generare a electricităţii

Deci cheia recuperării electricităţii e în lumina şi căldura generată de staniul lichid, şi captarea ei de către panourile termofovoltaice, inventate tot de Asegun Henry. Acestea reuşesc să genereze mai multă electricitate din căldură decât o fac în mediu turbinele cu abur! De aici şi vine genialitatea acestei tehnologii, în timp ce toate componentele, inclusiv aceste panouri, sunt menţinute la un cost minim.

Foto. Panoul termofotovoltaic al celor de la Fourth Power

Pe parcursul descărcării bateriei staniul circulă şi preia căldura din unitatea de stocare, aducând-o în cea de generare a puterii, până când temperatura ajunge la 1.900 grade, când bateria e deja considerată descărcată şi atunci circuitul trece din nou la încărcare prin blocul iniţial. Toate sistemul e construit în interiorul unei clădiri etanşe, umplută cu argon, ca gaz inert, pentru a evita coroziunea în timp, iar creatorii tehnologiei spun că durata de viaţă a unei asemenea baterii e de 30 de ani şi mai mult, fără degradare de capacitate!

Costul unei asemenea centrale ar fi de circa 20-25 dolari per kWh de capacitate de stocare, iar acum, cu cele 19 milioane de dolari investiţii, Fourth Power va construi prima centrală de 1 MWh capacitate de stocare, pentru a demonstra în viaţa reală toţi parametri. Ulterior se va merge deja pe execuţia de contracte comerciale pe o piaţă unde cererea acum e imensă pentru centrale de baterii, pentru că toate ţările sunt în goana de a-şi asigura capacităţi de stocare rapizi şi ieftine pentru energia regenerabilă.

Totul sună genial, deci. Dar există şi un neajuns, că ar fi prea frumos dacă totul ar fi atât de perfect. Neajunsul e în eficienţa totală sau randamentul pe ciclu complet al acestei baterii, care e de doar 50%. Deci, dacă reţeaua electrică stochează în această baterie 100 MWh de electricitate, va obţine înapoi doar 50 MWh, restul fiind pierderi. Iar aici această tehnologie pierde şi în faţa hidrocentralelor prin pompare, care au 77-80% randament, şi în faţa centralelor cu baterii litiu-ion sau LFP, care au 88-93%. În schimb, fiind de 10 ori mai ieftină în cosntrucţie, tehnologia ar putea fi fezabilă acolo unde ea oferă o alternativă pentru irosirea energiei, fiind folosită după ce toate celelalte soluţii de stocare dintr-un sistem au ajuns la încărcare maximă, iar includerea ei ar veni ca alternativă pentru deconectări şi irosire a energiei generate. Cert e că acum inginerii vor demara construcţia primei centrale iar tehnologia lor e cu adevărat foarte curioasă şi deosebită.