U POTRAZI ZA SVETIM GRALOM TEHNOLOGIJE SKLADIŠTENJA ELEKTRIČNE ENERGIJE Tko će prvi razviti baterije s cijenom od 100 dolara po kilovatsatu?

Za svega 15 godina globalni kapaciteti za proizvodnju energije putem solarnih fotonaponskih ćelija povećat će se za devet puta u odnosu one iz 2013. godine, a kapaciteti za proizvodnju električne energije iz vjetra bit će pet puta veći, procjene su Međunarodne agencije za obnovljive izvore energije.

Potencijal autoindustrije

Besplatni i nepresušni, odnosno obnovljivi izvori energije poput sunca i vjetra moraju pak premostiti ključni izazov, a to je njihova neupravljivost, odnosno nemogućnost utjecaja na njihov pogon, kako bi u svakodnevnoj upotrebi zamijenili tradicionalne izvore, fosilna goriva i nuklearnu energiju.

Električna energija koju kao konačni proizvod danas daju sunce i vjetar i dalje je preskupa u odnosu na onu iz tradicionalnih izvora. Jedno od rješenja su baterije koje spremaju električnu energiju pretvarajući je u kemijsku energiju u trenutku kada se proizvodi više nego što se troši te daju električnu energiju natrag u sustav kada nema proizvodnje, jer vjetar ne puše ili sunce ne sija.

Svijet se utrkuje u razvoju novih tehnologija za proizvodnju baterija koje će besplatnim izvorima električne energije omogućiti da budu stabilni izvori, sa cjenovno prihvatljivim konačnim proizvodom.

Različite verzije litij-ionskih baterija uzele su najviše maha, budući da su se isprofilirale u potrošačkoj elektronici i zahvaljujući njezinom “boomu” te su baterije do sada najviše usavršavane. Predvodnici u njihovoj proizvodnji su SAD, Japan i Kina u kojoj se i nalazi najviše rudnika litija. Europa zaostaje, a u njoj prednjači Njemačka. Europsko udruženje za napredne sekundarne, odnosno punjive, baterije (The European Association for Advanced Rechargeable Batteries) procijenilo je 2013. godine da bi EU u industrijsku proizvodnju litij-ionskih baterija trebao uložiti pet milijardi eura do 2020. godine kako bi odgovorio na potražnju za njima zahvaljujući rastu prodaje električnih i hibridnih automobila.

Muskov Powerpack

Elon Musk, vlasnik Tesla Motorsa, lani je u SAD-u počeo s gradnjom tvornice za prve kućne baterije Powerwall te veće za tvrtke Powerpack s ciljem da promijeni cijelu infrastrukturu opskrbe električnom energijom i smanji ovisnost tržišta o ugljiku. Svoj je projekt Musk predstavio uz računicu prema kojoj bi kućna baterija kućanstvu smanjila troškove na energiju i do 25 posto. Powerpack bi prema procjenama trebao koštati 250 dolara po kilovatsatu.

Znanstvenici na prestižnim svjetskim sveučilištima eksperimentiraju s različitim kemijskim elementima kako bi proizveli što manju bateriju sposobnu pospremiti što veću količinu energije, puniti se što je brže moguće, potom otpuštati energiju natrag u sustav opet što je brže moguće, odraditi i do 10 tisuća ciklusa punjenja, odnosno trajati i do 30 godina, od materijala koji će najmanje štetiti okolišu te održati se stabilnima pri temperaturama zraka od -35 do 45 stupnjeva Celzijevih. I koštati oko 100 dolara po kilovatsatu energije kako bi bile isplative. Danas je životni vijek litij-ionskih baterija do pet godina, a cijena 300 dolara po kilovatsatu na više.

Prema izvještaju Međunarodne agencije za obnovljive izvore energije, godišnji kapacitet baterija za spremanje energije trebao bi porasti sa 360 megavati na 14 gigavati do 2023. godine, a globalna prodaja električnih vozila do tada bi trebala porasti na 6,4 milijuna, odnosno biti nešto više nego dvostruko veća u odnosu na 2014. godinu pa se računa da bi cijenu baterija mogla srušiti njihova masovna proizvodnja.

Hrvoje Pandžić, docent na Fakultetu elektrotehnike i računarstva koji se bavi istraživanjem mogućnosti uklapanja baterija u elektroenergetsku mrežu, a na takvim je projektima radio i u SAD-u, tumači kako će proći još najmanje deset godina do usavršavanja tehnologije baterija kako bi se one mogle početi ozbiljnije komercijalno koristiti u te svrhe.

- Iako su litij-ionske baterije danas u najširoj upotrebi u potrošačkoj elektronici i električnim vozilima, radi se na razvoju baterija koje bi premostile nedostatke današnjih baterija. Primjerice, “dual-carbon” baterije koje koriste ugljik za elektrode bi trebale povećati brzinu punjenja 20 puta u odnosu na litij-ionske baterije. Time bi se premostila najveća zapreka većoj primjeni električnih vozila - dugo vrijeme punjenja.

Niska cijena energije

S druge strane, budućnost natrij-ionskih baterija temelji se na niskoj cijeni elemenata koji se koriste pri njihovoj izradi - kaže Pandžić i dodaje kako u SAD-u ulažu ogroman novac u projekte uklapanja baterija u elektroenergetske mreže kako bi spremali energiju kada je proizvodnja veća od potrošnje. Baterijski spremnici su, za razliku od reverzibilnih hidroelektrana, praktični zato što ih je moguće prenositi. - Zimi je u Hrvatskoj centar potrošnje električne energije u Zagrebu i ostalim većim gradovima, a ljeti na obali, i smisao integracije baterijskih spremnika u elektroenergetsku mrežu je u tome da je možete sezonski instalirati tamo gdje je potrebna da bi stabilizirala mrežu, i one se lako uklapaju u postojeća rasklopna postrojenja - kaže Pandžić. Najveći problem u primjeni baterija u elektroenergetskom sustavu vidi u niskim cijenama električne energije, a najveću šansu u velikim razlikama u cijeni.

- Već sada znamo kako bismo integrirali baterije u sustav i radimo na ispitivanju takvih mogućnosti na projektu s Hrvatskim operatorom prijenosnog sustava (HOPS), sufinanciranim od strane Hrvatske zaklade za znanost. Cilj projekta je utvrditi koje usluge koje baterijski spremnici mogu pružiti imaju najveću ekonomsku vrijednost. Najočitija primjena baterijskih spremnika je arbitraža, odnosno kupovina električne energije i njeno spremanje kada je cijena niska te prodaja, odnosno injektiranje energije u mrežu, kada je cijena visoka. Međutim, spremnici bi se mogli koristiti i za uslugu regulacije. Naime, u elektroenergetskom sustavu je nužna konstantna ravnoteža između proizvodnje i potrošnje električne energije. Budući da je proizvodnja iz vjetroelektrana i solarnih elektrana neupravljiva, spremnici mogu nuditi uslugu reguliranja, odnosno uravnoteženja proizvodnje i potrošnje električne energije u sustavu. - objašnjava Pandžić potencijalne izvore prihoda baterijskih spremnika energije.

Jeftini litij

Litij-ionske baterije, kako kaže Pandžić, danas se ne recikliraju budući da je jeftinije kupiti litij iz rudnika za proizvodnju novih, a njihova reciklaža iznimno je skupa, pa je s aspekta očuvanja okoliša izazov i odlaganje tih baterija. Današnje olovne baterije se, s druge strane, recikliraju u 95 posto slučajeva.

I dok se baterija koja bi koštala 100 dolara po kilovatsatu električne energije među znanstvenicima koji rade na njihovu razvoju smatra “svetim gralom”, u 2014. godini baterija za električni automobil koštala je između 300 i 400 dolara po kilovat satu, a analitičari se generalno slažu da bi cijenu trebalo spustiti barem na 150 dolara kako bi električni automobili cijenom bili konkurentni. Pandžić zaključuje kako se tehnološka inovacija u baterijama koja bi dovela do njihove široke upotrebe u primjerice energetski samoodrživim kućama ili poslovnim zgradama može u narednom desetljeću očekivati iz nekog od svjetskih istraživačkih centara.