Heftige elektrifiseringsplaner med oppladbare sink-luft batterier og sol

Forrige uke publiserte Aftenposten en liten tek-nyhet med overskriften “Ny batteriteknologi kan endre verden”. Jeg lot meg irritere av både tittel, innhold og vinkling.

Essensen av det artikkelen (forsøkte) å handle om, er at en type batteri som «går på luft» kanskje skal installeres i strømløse landsbyer i Indonesia for å lagre overskuddstrøm fra solceller til bruk når det er mørkt. Batteriene skal kobles til et smart lokalt kraftnett, slik at energilagring og forsyning tilpasses tilbud (sol)  og etterspørsel. Det er selskapet Fluidic Energy sammen med Catepillar og Indonesias «Statnett» som har en felles intensjon om å få til elektrifiseringen av 500 strømløse landsbyer.

Sensasjonsteknologiene KAN redde noe…

Tidligere da jeg så sensasjons-overskrifter av typen nevnt her ble jeg kanskje fristet til å tro at løsningen var nær, og at det å forandre verden innebar én revolusjonerende endring som løste noen av våre største utfordringer. Da er det lett å bli skuffet. Det jeg etterhvert lærte å legge vekt på er ordet «kan», kanskje det viktigste ordet i hele setningen. Her er nemlig ingenting sikkert. Det kan skje, under visse forutsetninger, og i spesielle sammenhenger.

Så, hva ligger i å forandre verden?

Strøm + Internett = smart kraftstyring

Smart-grid innebærer en fusjon av strømnett og Internett, slik at man kan være konstant informert om både forbruk og produksjon av strøm. Dette gjør det mulig å koble på mange små enheter for strømforsyning, som små vindmølleparker. Det blir også lettere for kunder å vite når strøm er billig (når vi billigst kan vaske klær og lade bil), og også når det er dyrt (når vi bør selge overskuddskraft fra pluss-huset vårt). Smart-grid muliggjør en mer effektiv utnyttelse av kraftnettet, og reduserer både strømregninga og strømproduksjon selv om energiforbruket er uendret.

Smart-grid forandrer altså verden ved at strøm ikke lenger må gå fra en stor sentral produsent til forbruker, og at reservekraftverk må skrus av og på i perioder med kraftunderskudd. I stedet er det et større nettverk av små og store produsenter, enheter for energilagring (som batterier) og konsumenter som kobles sammen med en intelligent styring av kraftdistribusjon.

Innen 1.1.2019 skal alle norske strømkunder ha installert et automatisk måle- og styresystem i sine sikringsskap. Dette er et viktig komponent i Smart-grid, som sender informasjon om drift og forbruk tilbake til produsenten hver time. Oppgraderingen av kraftnettet er et viktig steg i implementeringen av fornybar sol og vind-kraft, samt pluss-hus.

En gammel batterikjenning har blitt oppladbar

Sink-luft batterier er ikke helt nytt. Batterier av denne typen har blitt brukt i for eksempel høreapparater. Energitettheten er høy og prisen er lav. Det store problemet fram til nå er at batteriene ikke har vært oppladbare. Får å gjenbruke et slikt batteri etter utladning, må flere av delene skiftes ut (dette kalles «mekanisk lading»).

Sink-luft batterier gir strøm på grunn av reaksjonen mellom oksygen og sink, som danner sink-oksid. Elektrolytten er det som gjør at elektriske ladning kan transporteres fra den ene enden (katoden) til den andre enden (anoden) av batteriet, som regel elektrisk ladde atomer eller molekyler (ioner) i vann. Dette får man ved løse f. eks. salter i vann.

I elektrolytten i sink-luft batteriet er det mange OH-ioner, som reagerer med anoden av sink. Sink løses opp av OH-ionene og i denne prosessen frigis elektroner til den elektriske kretsen. De havner til slutt ved batteriets katode, der de sammen med vann og oksygengass danner flere OH-ioner, som kan løse opp mer sink. Det oppløste sinket vil gradvis felles ut som sink-oksid.

På grunn av reaksjonen med oksygen, har batteriet mange fellestrekk med en brenselcelle og derfor også begrensningene. Reaksjonen mellom oksygen og vann er relativt treg, og dette er med på å begrense hvor mye strøm som kan leveres.

Det er også vanskelig å reversere prosessen i batteriet. Da må nemlig sinkoksidet løses opp og rekrystalliseres som sink-metall på anoden, og vannet splittes slik at oksygengass dannes på katoden. Siden dette er svært krevende å kontrollere, har ikke batteriene tidligere vært oppladbare.

Ved å bruke en spesiell type elektrolytt uten vann kan noen av problemene ved lading løses, og det er dette selskapet Fluidic Energy har gjort. De er det første selskapet som produserer oppladbare sink-luft batterier i stor skala. Elektrolytten er salter med lavt smeltepunkt, slik at de er i væskeform ved bruks-temperaturen. Da er ionene mobile, og kan transportere ladning. Siden man unngår å bruke mye vann er det lettere å kontrollere rekrystalliseringen av sink-metall.

Batterier for energilagring

De heteste kandidatene i batteriklassen for storskala energilagring er litium-batteriet og oppladbare sink-luftbatterier. Tesla har som kjent allerede lansert et stort batteri for energilagring i hjemmet, Powerwall. Dette batteriet er som bilens, basert på litium. Litium og sink-batteriet virker på forskjellige måter, og har sine egne fordeler og ulemper.

– Energitetthet: Sink-luft batteriet har den høyeste teoretiske energitettheten (Joule/kg) av de to.

– Effekt (watt/kg): Litium-batterier kan avgi mye energi på kort tid. Tilsvarende for sink-luft batteriet, er effekten en god del lavere. Den begrenses nemlig av den kjemiske reaksjonen med oksygen. Dermed må man kompensere med å ha flere og større batterier for å ha et system med høy effekt.

– Energieffektivitet: For det oppladbare sink-batteriet er energieffektiviteten ca 50 %, mens litium-batterier har 80-90% effektivitet. Dermed må du ha flere solceller for å kunne lagre like mye energi i sink-luft batterier. Dette øker systemets totale kostnad.

– Lading: Litium-batteriet kan lades raskt og tåler mange sykluser.

– Pris: Sink er et langt vanligere og rimeligere grunnstoff enn litium, og batteriene har derfor et stort potensiale til å være billigere. Men akkurat nå er de ikke det. I følge Fluidic Energy, koster sink-batteriene $200 – $300 kWh. Til sammenligning koster Tesla-batteriene $150 – $200 kWh.

– «Varighet»: Et sink-batteri kan levere energi over en lengre periode (24 t) enn litium-batteriet (4 t), og markedsføres som “long duration battery”. Dette har sammenheng med at batteriet har lavere effekt. I følge Fluidic Energy er det dette gjør batteri-prisen konkurransedyktig – for å vare like lenge kan den egentlige prisen på litiumbatteriene bli høyere.

– Sikkerhet: Sink er mindre reaktivt enn litium. Hos sistnevnte er det risiko for at batteriet kan eksplodere om det blir overopphetet (på grunn av defekter eller feil håndtering).

– Tyveri: Sink-batteriene er mindre verdt en litium, og systemene vil nok være mindre utsatt for tyveri.

Fluidic Energy ønsker å elektrifisere 500 landsbyer i Indonesia med tilsammen 1.7 millioner innbyggere. Produksjonsfasilitetene ligger allerede i landet, og prosjektet vil derfor gi mange nye arbeidsplasser. Målet er kunne lagre energien i små lokale og ustabile kraftnett i 1-2 døgn.

Men evnen til ytelse må bevises, og trolig forbedres ytterligere. Storskala-produksjon kan nok senke kostnadene. Noen anser fortsatt litium-batteriene for et sikrere kort de neste 7-10 årene.

Når sensasjonsoverskriftene virker for gode til å være sanne, er de som regel det. Men ett litt grundigere dykk i materien gjør det ikke mindre spennende, synes jeg.

Smart-grid gjør det mulig for oss å tenke på kraft-distribusjon på en helt annen måte. Om det er sink-luft batterier fra Fluidic Energy som kommer til å bli tatt i bruk som lokal back-up i et Smart-grid er mindre avklart. La oss følge med på hva som skjer.

Framhevet bilde:

Et system for energilagring. Det består av 1700 litiumbatterier, og er nok til å gi energi til 20-50 hus for et kort tidsrom. Foto: David Dodge, Green Energy Futures. Under denne lisensen. Hentet herfra.

Linker:

(Nesten) alt du vil vite om batterier, lading og energiforsyning

http://www.mpoweruk.com/index.htm

Facebooktwittergoogle_plusredditpinterestlinkedinmailby feather
 

Ida Hjorth

Om

Jeg liker å tenke på hva ting består av og hvordan de henger sammen. Kanskje spesielt det siste. Og det liker jeg å skrive om på smallPrint.no - med hovedfokus på materialer og energi. Vinteren 2017 tok jeg doktorgrad i katalyse, om hvordan CO2 kan omdannes til nyttige stoffer.


'Heftige elektrifiseringsplaner med oppladbare sink-luft batterier og sol' har ingen kommentarer

Vær den første til å kommentere dette innlegget

Del dine tanker

Your email address will not be published.

© smallPrint A.S. All right reserved. Page based on Old Paper by ThunderThemes.net