Fém-levegő akkumulátorok válthatják le a lítiumosokat

Az MIT (Massachusetts Institute of Technology) Technology Review című rovata 2023 elején egy tíz pontból álló listát tett közzé, ami az idei év legfontosabb és a jövőre nézve legígéretesebb tudományos felfedezéseit tartalmazza. Ezek között nagy hangsúlyt kapott ismételten az energiatárolás több oldalról is megközelítve, így az új technológiák felfedezése és a körkörös gazdaság várható regionális szintű erősödésén keresztül a már elöregedett akkumulátoregységek ritkafémtartalmának kinyerése, újbóli energetikai célú felhasználása. 

Több tudományos cikk szerint is a jövő a lítium-fém akkumulátoré, ami fontos szerepet játszhat az elektromos gépjárművek ár-érték arányának javításában: az ilyen autók további elterjedését készítheti elő az előttünk álló években. Napjainkban a legtöbb elektromos jármű Li-ion akkumulátorral üzemel annak ellenére, hogy az ilyen akkumulátorok kis elméleti és gyakorlati fajlagos energiasűrűsége, kifogásolt műszaki biztonsági tényezői és magas előállítási költsége bizonyos mértékig korlátozná alkalmazásukat az autóiparban. Azonban az akkumulátoros villamosenergia-tárolás piacéretté válását célzó kutatások nem csak az e-mobilitás elterjedésében jutnak kulcsszerephez.

pláne annak tudatában, hogy az emberiség elsődleges energiafelhasználása közel 31-szeresére nőtt 2019-re a mezőgazdaság termelői ágazataiból származó energiafogyasztás 1800-as bázisévéhez képest – egy 2022-ben közzétett adatbázis szerint. Ugyanakkor a megújuló energiahordozókból nyert villamos energia részaránya meghaladta a 10 százalékot (17,402 TWh) a globális energiapiacon ugyanezen évben. Egy tanulmány 2050-ig az egyes OECD-országok elsődleges energiafelhasználásában mérsékelt (10 százalék körüli), míg a nem OECD-országok esetén ennél nagyobb, 40 százalék körüli növekedést vár, főleg a GDP-t (bruttó hazai termék) befolyásoló ipari és közlekedési szektorokban. Több közgazdaságtani modell is rámutat, hogy az egyes országok GDP-növekedését több gazdasági tényező, mint a tőkeemelés, a termelékenység, a hatékonyság együttes megléte igazolja, ami kifejezetten az energiaracionalizálás szempontjait tekintve kiegészül még az elérhetőség, megfizethetőség és fenntarthatóság klasszikus hármasával.

A napjainkban is zajló orosz–ukrán konfliktus a várható társadalmi következményei mellett jelzi az európai uniós országok energiaellátás-biztonságával kapcsolatos problémákat, ami többek között a növekvő importfüggőségből, a korlátozott diverzifikációból és az energiahatékonyság területén tapasztalt lassú előrehaladásból ered.

Ezt mi sem bizonyítja jobban, mint hogy az ún. transznacionális energia-összekapcsolási hálózatok kis méretei sokáig korlátozták a különböző EU-s országok energiacsere-kapacitását, ami sok kis villamosenergia-hálózat létrejöttét, később pedig, a fejlesztés korai szakaszában olyan villamosenergia-üzemeltetők kiépülését okozta, ahol nem voltak egységes tervezési és összetettfeszültség-szintek. A kiszámíthatatlan energiatermelés és -ellátás ellensúlyozására felértékelődni látszanak a különféle energiaigénymenedzsment-rendszerek és az azok alapjául szolgáló smart grid technológiák, melyek a megújuló energiaforrások, energiatárolók és fogyasztói terhelések közti integrált kommunikációt teljesítményelektronikai interfészek (pl.: IoT) és egyéb támogató eszközök segítségével képesek megvalósítani – ezzel növelve a villamosenergia-rendszer rugalmasságát és megbízhatóságát. Emellett az utóbbi években egyre nagyobb népszerűségnek örvend a pozitív energiamérlegű városrészek (Positive Energy District, röviden: PED) koncepciója, ami új várostervezési szemléletként és módszerként szakít az eddigi bevett gyakorlatokkal, amelyek gyakran külön-külön, a környező épületekre való tekintet nélkül vizsgálták az egyes épületek energiateljesítményét (EPB). A PED az épületek felújítására, az energiahatékonyságra és a környezetvédelemre vonatkozó integrált stratégiák valós idejű alkalmazásán alapszik, melynek lényege olyan, energiahatékony és energetikailag rugalmas városi területek vagy egymással összekapcsolt épületcsoportok létrehozása, melyek nettó nulla üvegházhatásúgáz-kibocsátás mellett aktívan kezelik a megújuló energia éves helyi vagy regionális többlettermelését. 

Az ipari és szolgáltatói szektor jelentős hazai képviselői irányítástechnikai vagy informatikai rendszereik üzemfolytonosságának támogatására is kisebb teljesítményű szünetmentes áramforrásokat (UPS) működtetnek, amik primer szabályozóként villámgyors, akár a másodperc töredéke alatti válaszidejükkel az 50 Hz-es hálózati frekvencia stabilizálását célozzák. A változó energiapiaci körülmények okozta kiszámíthatatlan fogyasztásnövekedés időszakosan komoly kihívás elé állítja az energiaszolgáltatókat, ami az elektromos hálózat rugalmasságának növelésével a meglévő ellátási problémák enyhítésére szolgálhat az egyes elosztói hálózatok szintjén.

Az újratölthető fém-levegő (MAB) akkumulátorokat „környezetbarát” energiatárolási technológiának tekintik működési biztonságuk és nagy elméleti energiasűrűségük miatt. Utóbbi körülbelül ötször nagyobb, mint a korábbiakban is említett lítiumion-akkumulátoroké, és számos tanulmány az akkumulátorok és az üzemanyagcellák hibrid konstrukciójának tartja őket. Az elektrokémiai energiatárolás következő generációját képviselik, ami alternatív megoldást jelenthet az elektromos járművek rugalmas energiaellátása, valamint a stacionerszintű energiatárolás területén. Annak ellenére, hogy bonyolult működési elvükből adódóan fejlesztésük még korai stádiumban van, az előttünk álló évek komoly áttörést ígérnek az első piacképes változatok megjelenésében.

A szerző mérnök-kutató.

A véleménycikkek nem feltétlenül tükrözik az Index szerkesztőségének álláspontját.

(Borítókép:  Krisztian Bocsi / Bloomberg / Getty Images)