O echipă de ingineri din SUA a construit o centrală cu baterii care au pietre în interior, pentru stocarea energiei termice

O echipă de ingineri din SUA, parte din startup-ul Antora, a construit o centrală imensă cu baterii care au pietre în interior în locul compoziţiilor obişnuite de litiu-ion NMC, LFP, sau sodiu-ion. Noua centrală se află în oraşul Big Stone City din statul Dakota de Sud din SUA şi are o capacitate de stocare imensă, de 5 GWh, fapt care o plasează printre cele mai mare centrale de stocare din lume de orice tip. Totuşi partea cea mai curioasă de aici e tehnologia acestor baterii, care au efectiv blocuri de pietre în interior, explicaţia venind din faptul că acestea stochează energia termică.

Foto: Noua centrală de baterii, care au pietre în interior

Toată ideea de bază nu e neapărat o descoperire ştiinţifică nouă, dar a fost pusă într-un concept viabil din punct de vedere al fizicii, chimiei şi economiei de cei trei ingineri care au fondat startup-ul Antora — Justin Briggs, Andrew Ponec şi David Biermann. Aceştia au venit cu ideea configurării unor baterii foarte apropiate ca formă exterioară cu bateriile obişnuite din centralele de stocare, dar care ar avea pietre în interior.

Pietrele despre care vorbim sunt efectiv blocuri mari cubice formate din carbon pur, produse industrial în noua fabrică Antora din California, pentru construcţia căreia echipa a adunat anterior investiţii de ordinul sutelor de milioane de dolari.

Foto: Producţia bateriilor la fabrica Antora

Procesul de producţie e relativ simplu şi presupune purificarea carbonului prin câteva procese termice şi turnarea acestuia în blocuri solide de forma unui cub sau paralelipiped.

Foto: Blocuri carbonice din componenţa bateriei

Apoi, aceste pietre sunt poziţionate în interiorul structurii bateriei, pe o podea ce are integrate încălzitoare electrice rezistive puternice.

Tot blocul de carbon e apoi încadrat într-o carcasă primară împreună cu alte elemente esenţiale ale sistemului, după care urmează şi carcasa bateriei propriu-zise, care are şi elemente de circuit electric, precum şi cele ale circuitului termic.

Foto: Plasarea blocului de carbon în intreriorul carcasei bateriei

Atunci când bateria e încărcată, ea primeşte electricitate din reţeaua electrică, iar plăcile rezistive încălzesc puternic blocul de carbon. Conductivitatea termică excelentă a carbonului face ca blocul să se încălzească foarte eficient, cu dispersarea uniformă a căldurii. Surprinzător, dar blocul de carbon din aceste baterii poate ajunge până la 2.400°C atunci când e deplin încărcat, stocând astfel energia în formă termică. Şi stocarea poate avea loc eficient pe durata a câtorva zile, spun inginerii.

Aici, mulţi dintre noi ar putea să se întrebe dacă acest bloc de carbon pur nu ia foc la o asemenea de temperatură, or, cărbunele e format de asemenea într-o proporţie aproape completă de carbon pur, şi într-un asemenea mediu ar ajunge inevitabil să se aprindă. Şi răspunsul e că şi acest bloc de carbon pur ar putea să aibă aceeaşi manifestare, iar combustia e împiedicată de lipsa de oxigen. Acea carcasă primară din jurul său încapsulează blocul, lăsând un spaţiu liber între blocul propriu-zis şi perete, de unde mai apoi e extras oxigenul şi tot restul aerului, până la o stare de aproape vacuum. Prezenţa vacuumul acţionează şi ca un izolator termic, în mod similar unui termos, iar astfel piatra incandescentă din interior rămâne fierbinte multe zile la rând, fără a-şi degaja căldura în exterior.

Descărcarea acestei baterii are loc în principal prin degajare de căldură. Un circuit termic e activat e în acel momentul şi preia căldura din interiorul blocului, transportând agentul termic către instalaţia industrială a fabricii de alături, care are nevoie de căldură pentru procese de producţie a biocombustibilului, or, noua centrală e amplasată lângă una din fabricile producătorului de biocombustibili Poet şi va servi 100% pentru necesităţile acestuia. Mai exact, această fabrică produce etanol din masă vegetală fermentată, pe care-l livrează fie în formă curată, fie îl amestecă şi cu benzină, pentru a produce carburanţi E10, E15 sau E85.

Producţia de etanol are nevoie de căldură de procesare şi la etapa de fermentare, şi la cea de distilare. Această căldură venea de obicei de la boilere imense cu gaz. Cu noua centrală de alături, fabrica poate utiliza electricitatea din reţea atunci când ea e cea mai ieftină, convertind-o în căldură şi stocând-o tot în aceeaşi formă de căldură, pentru a o folosi ulterior. Folosirea electricităţii pentru producţie, mai ales dacă ea vine din surse regenerabile, îi conferă valoare adăugată etanolului produs în final.

Teoretic, tehnologia Antora permite ca în interiorul blocului încapsulat să fie amplasat şi un panou termofotovoltaic, care poate converti lumina incandescentă emanată de bloc şi o parte din căldură direct în electricitate, livrând electricitate. Doar că inginerii spun că acest atribut trebuie văzut mai degrabă ca unul complementar, opţional, pe lângă extracţia de căldură, or stocarea energie în căldură şi apoi transformarea întregii cantităţi de energie în electricitate prin acele panouri are un randament scăzut şi nu e viabilă. Însă, dacă e folosită în tandem cu extragerea de căldură, randamentul total e mult mai mare, panourile încercând practic să capteze din emanările care s-ar încadra la pierderi în mod normal.

Totuşi, inginerii au anunţat deocamdată randamentul pentru ciclul exclusiv termic de încărcare şi descărcare, or, şi bateriile din centrala construită acum fac doar descărcare termică, nu şi electrică. Iar acest randament e de 90%, ceea ce e de-a dreptul impresionant. Deci, doar 10% din energie se pierde în tot procesul de încărcare şi descărcare. Pentru comparaţie, randamentul hidrocentralelor prin pompare în stocarea electricităţii e de circa 79-80%, iar randamentul de stocare a centralelor de baterii obişnuite pe bază de litiu e de circa 90-92%. Prin urmare, cei 90% anunţaţi pentru noua centrală de stocare termică se încadrează într-un vârf al eficienţei relative.

Şi, spre deosebire de bateriile litiu-ion, care funcţionează vreo 10 ani de obicei, după care degradarea impune înlocuirea lor, aici nu există degradare din cauza ciclurilor de funcţionare, iar inginerii oferă o termen minim de durată de viaţă promisă de 20 de ani.

Noua tehnologie e aplicabilă practic oricăror industrii care au nevoie de căldură de temperaturi mari în procesele lor industriale. Iar decarbonizarea căldurii e adeseori mai dificilă decât a electricităţii, mai ales când e vorba de sute de grade Celsius. Noua tehnologie aduce stocare la temperaturi de 2.400°C, astfel încât sistemul poate livra cu uşurinţă circuite termice cu căldură de 500, 700 sau 900°C, fiind aplicabil aproape în toate procesele industriale mari şi răspândite.