Обновљиви извори: Како би пешчана батерија могла да трансформише чисту енергију

На крају кривудавог сеоског пута оивиченог дрворедом у западној Финској, четири млада инжењера верују да имају могући одговор на један од највећих изазова зелене енергије.

Изазов је како обезбедити стабилно снабдевање грејањем читаве године из извора обновљиве енергије током смене годишњих доба и променљивих временских услова.

Одговор који се крије у електрани Ватајанкоски, 270 километара североисточно од главног града Финске Хелсинкија, невероватно је прост, обилан и јефтин: песак.

Електрана Ватајанскоски је дом прве комерцијалне пешчане батерије на свету.

Потпуно затворена у седам метара високом челичном контејнеру, ова батерија се састоји од 100 тона грађевинског песка нижег квалитета, две цеви централног грејања и једног вентилатора.

Песак постаје батерија након што се загреје на 600 степени Целзијусових помоћу електричне енергије коју праве ветротурбине и соларни панели у Финској, које су обезбедили Ватајанкоски, власници електране.

Обновљива енергија напаја отпорни грејач који загрева ваздух унутар песка.

Унутар батерије, овај топли ваздух циркулише по песку уз помоћ вентилатора преко цеви за централно грејање.

Песак окружује дебела изолација, задржавајући температуру унутар батерије на 600 степени Целзијусових, чак и када је напољу ледено време.

„Не желимо да губимо топлоту; просечна зимска температура је испод нуле у Канканпи", каже Виле Кивиоја, главни научник при Енергији поларне ноћи, која надгледа перформансу батерије онлајн.

Батерија може да ускладишти осам мегават сати термалне енергије кад је пуна.

Кад потражња за енергијом порасте, батерија испушта око 200 киловата снаге преко цеви за централно грејање: то је довољно за обезбеђивање грејања и топле воде за око 100 домова и јавни базен у Канканпи, допуњујући енергију из електране.

Батерија се напуни преко ноћи, кад је цена струја јефтинија.

То је систем ниског нивоа одржавања, каже Кивиоја.

Компанија користи јефтин, нискоквалитетни песак који су одбацили грађевинци уместо висококвалитетног речног песка, који се у огромним количинама користи за градњу, што доводи до његове глобалне несташице.

„Не постоји трошење материјала ни у цевима ни у песку. Вентилатор је једини покретни део и лако га је заменити уколико се за тим укаже потреба", каже Кивиоја.

Песак је веома ефикасан медијум за задржавање топлоте током дугог временског периода, складиштећи енергију на по више месеци.

А ту су и друге предности.

„Песак има веома дуг животни век: може да се загреје и охлади безброј пута", каже Кивиоја.

„Згуснуће се после неког времена тако да ће му бити потребно мање места. У том тренутку можемо додати још песка."

Четири млада инжењера из Финске који су изумели ову пешчану батерију знају се одавно.

Томи Еронен, Марку Јлонен, Лиса Наскал и Виле Кивиоја су се зближили као деца око заједничке страсти: атлетике.

Спринтер, бициклиста, троскокашица и бацач диска припадали су истом спортском клубу у Тампереу, у јужној Финској, навијајући једни за друге на атлетским такмичењима током тинејџерских година.

Кад су ушли у двадесете, њихова интересовања су се пребацила са спорта на науку.

Краћа и топлија лета на југу Финске дала су им заједничку мотивацију да се боре против климатских промена.

„Број дана са леденим покривачем на Насијарви, језеру где смо се клизали као деца, драматично са смањио у последњих неколико година. Климатске промене се дешавају пред нашим очима", каже Еронен.

Док је 2016. радио истраживање за мастер из инжењерства, Еронен је проучавао системе складиштења засноване на води ради обновљиве енергије.

Али док је читао чланак о традиционалним финским огњиштима, направљеним од камена и песка, Еронену се „упалила сијалица".

„То ме је навело на размишљање: да ли би чврсти материјали, уместо воде, одговарали за складиштење соларне и енергије ветра?", каже Еронен.

Заједно са Јлоненом, он је почео да ради на прототипу за пешчану батерију.

Успешно испробавши пилот батерију у врту Ерононовог деде близу Тампере, њих двојица су регрутовали пријатеље из детињства из атлетичарског клуба да би основали Енергију поларне ноћи.

У јулу 2022. године, инсталирали су прву комерцијалну пешчану батерију у електрани Ватајанкоски у Канканпи.

Погледајте видео о соларној енергији:

Потрага за сталним залихама

Производња соларне и енергије ветра зависи од временских услова и годишњих доба, и стога је променљиво.

Ово значи да производња енергије не одговара увек потражњи.

То чини недостатак јефтиних, остваривих и одрживих технологија складиштења једном од највећих препрека да се свет пребаци са фосилних горива на обновљиве изворе енергије.

„Складиштење обновљиве енергије један је од најважнијих изазова које морамо да разрешимо да бисмо постигли циљ од нето нула емисија угљен диоксида до 2050. године, за који Међувладин панел о климатским променама Уједињених нација каже да је кључан за ограничавање глобалног загревања на 1,5 степени Целзијусових", каже Јулонг Динг, директор Бирмингемског центра за складиштење енергије у Великој Британији.

ББЦ на српском је од сада и на Јутјубу, пратите нас ОВДЕ.

Складиштење зелене енергије

Иновација је покренула талас узбуђених реакција широм света.

„Мој телефон константно звони и имам хиљаде непрочитаних мејлова", каже Еронен.

Мала комерцијална примена новог система за складиштење енергије ретко постане врућа тема, али пешчана батерија је привукла пажњу због њеног потенцијала да намири енергетске залихе из обновљивих извора (види бокс Потрага за сталним залихама).

Одрживо складиштење соларне и енергије ветра посебно је критично за нордијске земље које имају дуге сате мрака и повећану потребу за грејањем зими, али и дуге сате сунчевог светла лети.

Од избијања рата у Украјини, Финска позива ЕУ да повећа производњу обновљиве енергије.

„Једини излаз из енергетске кризе су велика улагања у обновљиву и производњу енергије лишену емисија", изјавила је бивша финска премијерка Сана Марин у септембру 2022.

Изумитељи пешчане батерије се надају да би ту могло да улети њихово решење.

„Моја прва помисао је била: 'Зашто се ја тога нисам сетила?'", смеје се Ева Понграц, потпредседница јединице за инжењерско истраживање воде, енергије и животне средине на Универзитету у Оулуу у северној Финској.

„То је тако проста, свежа и иновативна идеја. Да ли би ово могло да буде решење за сталне залихе зелене енергије? Не мислим да ће постојати један једини одговор, али је ово свакако део решења."

Али како се тачно батерија понаша што се тиче њених перформанси у поређењу са другим батеријама, посебно њеним електрохемијским еквивалентом: литијум-јонским батеријама?

Један велики проблем са литијум-јонским батеријама, које користимо за напајање наших лаптопова, телефона и електричних возила, јесте да непрестано пропадају, чак и кад нису у употреби, каже Понграц.

„У пешчаним батеријама не постоји хемијска реакција тако да оне не пролазе кроз сличан процес старења", каже Понграц.

Литијумске батерије нису одговарајуће за примену у масивним складиштењима, каже Јулонг Динг, директор Бирмингемског центра за складиштење енергије у Великој Британији, додавши да су и изузетно склоне запаљивању.

А ту је и брига за животну средину.

„Литијум има много већи утицај на животну средину од песка", каже Понграц.

За сваку тону произведеног рафинираног литијума, емитује се еквивалент од између три и девет тона угљен диоксида, у зависности од тога на који начин се извлачи.

Али тим из Енергије поларне ноћи суочава се са неким великим изазовима: могу ли да омасове своју технологију да заиста чини разлику и могу ли да је користе за генерисање значајне количине електричне енергије поред грејања?

Наравно, постоје ограничења, истичу стручњаци.

„Пешчана батерија складишти пет до 10 пута мање енергије према капацитету јединице од традиционалних хемијских батерија", каже Ден Гледвин са катедре за електронику и електротехнику на Универзитету у Шефилду, у Великој Британији.

Тим Енергије поларне ноћи признаје ово, али тврди да је пешчана батерија много исплативије решење.

Тим је израчунао да је њихова батерија осам до 10 пута јефтинија од литијумске батерије која складишти исту количину енергије.

Да би се генерисало осам мегават сати енергије уз помоћ пешчане батерије из Канканпе то кошта око 200.000 долара, каже Еронен.

Литијум-јонска батерија која складишти 8 мегават сати енергије коштала би најмање 1.600.000 долара, каже он.

Гледвин каже да је пешчана батерија сјајна за грејање кућа у хладној клими, али упозорава да ефикасност опада кад се користи за враћање енергије у елетродистрибутивну мрежу.

„Да би њена употреба постала много раширенија, морали би да се пронађу начини да пребацују грејање из батерије назад у електричну енергију са ефикасношћу од 75-80 одсто. То би преокренуло игру", каже он.

Еронен каже да са тренутно доступном технологијом процес пребацивања енергије назад у електричну има стопу ефикасности од само 30 одсто.

Али он то не види као велики проблем.

„У земљи хладној као што је Финска бацамо 70 одсто топлоте која остаје после конверзије на мреже централног грејања којима је потребно снабдевање грејањем скоро све време", каже он.

Следећи корак у омасовљавању батерије за генерисање електричне енергије је додавање турбине за конверзију топлоте назад у мрежу.

„За неколико година имаћемо функционални систем који ће радити управо то", каже Еронен.

Енергија поларне ноћи је у процесу потписивања уговора за изградњу друге батерије за још једну компанију за централно грејање у Финској.

„Ово је за значајно већи систем: два мегават сата у снази грејања и 500 мегават сати у капацитету складиштења. То је 10 пута више од онога што имамо у Канканпи", каже Еронен.

За сада, пешчана батерија остаје изразито нордијско решење, каже Понграц.

„Она је веома корисна у Финској где имамо веома хладне зиме и треба нам грејање практично од септембра до маја због годишње просечне температуре испод 10 степени", каже она, додавши да је половина 5,5 милиона становника Финске повезана на мрежу централног грејања.

Али у теорији би решење за складиштење енергије могло да се ископира било где на свету где постоји инфраструктура централног грејања, у градовима као што су Њујорк, Сан Франциско или Копенхаген.

„У сваком случају, има много већи потенцијал од грејања само кућа", каже пројектна менаџерка компаније Лиса Наскали.

„Кад се омасови, биће доступна за употребу у свим врстама индустријских процеса који захтевају велику топлоту: пекаре, праонице и челичане."

Еронен каже да ће се Енергија поларне ноћи у кратком року потрудити да постане „истински глобална компанија", која прави пешчане батерије широм света.

Огромни бум у обалским ветротурбинама - до 2025. године ће енергија ветра покривати 25 одсто потрошње електричне енергије у Финској - помоћи ће да се то оствари, али још „има много тога да се уради".

„Требаће нам огромни складишни капацитети да избалансирамо флуктуације у производњи", каже он.

Да би помогла планове за међународну експанзију, Енергија поларне ноћи жели да замени песак другим зрнастим, незапаљивим материјалима на местима која оскудевају у песку.

„Идеја је потражити и наћи одговарајуће материјале локално: можемо на пример да тестирамо нуспроизводе индустријских процеса и видимо да ли можемо да их искористимо", каже Еронен.

Далеко највећи изазов ширењу су неспремност компанија и општина да уложе у нове технологије.

„У Финској, компаније за централно грејање имају обавезу да испоруче грејање и морају да плаћају пенале ако не испуне ту обавезу. Због тога више воле да буду опрезни па макар погрешили пре него што направе велико улагање у неку нову технологију", каже Наскали.

Финска енергетска компанија Ватајанкоски је изузетак.

„Желимо да пронађемо начине за борбу против климатских промена. Тражили смо технологије како произвести грејање без спаљивање фосилних горива и наишли на Енергију поларне ноћи…

„То је робусна технологија", каже Пека Паси, управни директор Ватајанкосија, који, попут Наскали, верује да је највећи потенцијал батерије ако се користи у индустријске сврхе.

„Неким индустријама је потребан веома топао ваздух, 300 степени Целзијусових, за сушење нечега, на пример.

„Ми сада желимо да сарађујемо са индустријским компанијама у области Канканпе које користе електричну енергију за производњу грејања.

„Кад би имали пешчану батерију коју могу да напуне преко ноћи, то би им давало флексибилност и заштитило их од флуктуација цена", каже он.

Указујући на екстремне температуре, суше и пожаре који захватају свет, млади фински инжењери кажу да немамо луксуз да чекамо на пребацивање на нове технологије.

„Морамо да доносимо храбре одлуке сада да бисмо избегли климатску кризу", каже Кивиоја.

„Врши се велики притисак на нас научнике и инжењере да решимо проблем климатских промена", каже он.

„Ја тај притисак претварам у инспирацију, баш као што сам то радио кад сам се такмичио у бацању диска.

„Кад сте на терену, припремајући се за следеће бацање, ви не смете да се укочите под притиском. Исти приступ примењујем на послу."

Еронен каже да је „оснивање компаније помало као такмичење у спорту: желите да победите."

Заједно са Јлоненом, он је одлучио да пређе бициклом 170 километара од њиховог родног места Тампере до енергетске конференције у Хелсинкију 2018. године.

„Сви други учесници су стигли аутомобилом или авионом. То нас је навело да помислимо: 'Морамо да оставимо неки траг'."

Пратите нас на Фејсбуку, Твитеру, Инстаграму, Јутјубу и Вајберу. Ако имате предлог теме за нас, јавите се на bbcnasrpskom@bbc.co.uk