Hogyan alakíthatja át a homokakkumulátor a tiszta energiák piacát?

A finn vatajankoski erőműben található a világ első kereskedelemi méretű homokakkumulátora. Az egység 100 tonna gyenge minőségű ipari homokból épült, melyet napelemek és szélturbinák látnak el energiával. A technológia olcsóbb és környezetre kevésbé káros, mint a lítium-ionos társa azonban kevésbé hatékony. Az ilyenfajta homokon alapúló energiatárolók az olyan északi országokban lehet hasznos, mint Finnország, ahol az év nagy részében alacsony a hőmérséklet uralkodik.

Lehetséges, hogy megtalálták a megoldást a zöldenergia egyik legégetőbb kérdésére, méghozzá arra, hogyan lehet megújuló energiából egész évben egyenletes áramellátást biztosítani az évszakok szerint változó időjárási körülmények között. A finnországi Vatajankoski erőműben található válasz rendkívül egyszerű, nagy mennyiségben előforduló és ennek köszönhetően olcsó: a homok.

A homokakkumulátor működése

A Vatajankoski erőműben található a világ első kereskedelmi méretű homokakkumulátora. A 7 méter magas acélkonténerbe zárt akkumulátor 100 tonna gyengébb minőségű építőipari homokból, két távfűtő csőből és egy ventilátorból áll. A homok azután válik akkumulátorrá, hogy 600 °C-osra felmelegítik villamos energiával, amelyet szélturbinák és napelemek termelnek. Ennek segítségével felfűtik a homokszemcsék közt található levegőt, majd ezt a forró levegőt egy ventilátorral keringtetik az akkumulátor belsejében.

A hőmérséklet nagyon fontos a homokakkumulátor esetében.
Kép: pexels

A vastag szigetelés gondoskodik a homokakkumulátor állandó 600 °C-os hőmérsékletéről, akkor is, ha kint fagypont alá csökken a hőmérséklet. Ez különösen fontos, mert a finnországi Kankanpääben a téli átlaghőmérséklet 0 °C alatt van. Az akkumulátor 8000 kWh hőenergiát képes tárolni. Amikor megnövekszik az energiaigény, a szerkezet hőcserélő csöveken keresztül mintegy 200 kW energiát bocsát ki, amely elegendő ahhoz, hogy száz otthon és egy nyilvános uszoda fűtését és melegvíz-ellátását biztosítsa. Az akkumulátort éjszakánként töltik fel, amikor az áram olcsóbb.

 

Miért éppen a homok?

Az építőiparban a kiváló minőségű folyami homokért folyik a harc, és ez globális hiányt szül, azonban a finnországi vállalat megelégszik a rosszabb minőségű homokkal is, amelyre az építőiparnak már nincsen szüksége. A homokakkumulátorban az egyetlen cserélendő eszköz a ventilátor lehet, mint mozgó alkatrész, míg a hőcserélő csövek és a homok nem kopik el, hiszen a előbbiben nem folyadék, hanem csak forró levegő kering.

A homok nagyon hatékonyan tartja a hőt, hosszú ideig képes eltárolni a hőenergiát. Emellett nagyon hosszú az élettartama is, akárhányszor felmelegedhet és lehűlhet, nem szükséges regenerálni. Egy idő után sűrűbb lesz, így csökken a térfogata, ekkor még több homokot adnak hozzá.

Nincs szükség jó minőségű homokra.
Kép: pexels

 

A feltalálók

Négy fiatal finn mérnök, Tommi Eronen, Markku Ylönen, Liisa Naskali és Ville Kivioja, akik feltalálták a homokelemet, már gyerekkoruk óta ismerik egymást, összekötötte őket a közös atlétikai szenvedély. (Cikkünkben az elem és az akkumulátor szinonimaként szerepel, egyes különbségeikről itt olvashat.)

A hagyományos finn kandallók adták az alapötletet a találmányukhoz, mert azok kőből és homokból készülnek. Mindeközben mindenki számára világossá vált, hogy az éghajlatváltozás és a felmelegedés nem csak kitaláció. A finnországi telek is melegebbek és rövidebbek lettek.

Eronenben felmerült a kérdés, miközben a hagyományos finn kandallókról olvasott, hogy nem lenne-e alkalmasabb a víz helyett egy szilárd anyag az energia tárolására. Hosszas tervezgetések és kísérletek után 2022 júliusában megépítették az első kereskedelmi forgalomban kapható homokakkumulátort.

A nap- és a szélenergia életképes tárolása különösen fontos az északi országok számára, ahol télen hosszú ideig sötét van, és megnövekedett a hőszükséglet, nyáron viszont sokáig süt a nap. A megújuló energiaforrásokból származó zöld energia működőképes eltárolása megoldás lehet az Oroszország és Ukrajna közötti háború eredményezte energiaválságra is. „Az egyetlen kiút az energiaválságból az, ha nagymértékben beruházunk a megújuló és kibocsátásmentes energiatermelésbe” – jelentette ki Finnország miniszterelnöke, Sanna Marin.

Az északi országok számára különösen fontos ez a megoldás.
Kép: pexels

De miként viszonyul a homokakkumulátor teljesítménye más akkumulátorokéhoz, például a lítiumion-akkumulátorokéhoz?

 

A rivális akkumulátor

Az egyik nagy probléma a lítiumion-akkumulátorokkal, amelyeket laptopjaink, telefonjaink és elektromos járműveink energiaellátására használunk, hogy folyamatosan csökken a teljesítményük, még akkor is, amikor nem használjuk őket. Ezzel szemben a homokelemekben nem zajlik kémiai reakció, így ezek nem mennek át hasonló öregedési folyamaton.

Emellett léteznek környezetvédelmi aggályok, mert a lítiumnak sokkal nagyobb a környezeti hatása, mint a homoké. Minden egyes tonna finomított lítium előállításakor körülbelül három, de akár kilenc tonna szén-dioxidot bocsátanak ki, attól függően, hogy milyen módszerrel nyerik ki a fémet.

A homokakkumulátorok esetében is vannak korlátok. Ezek a szerkezetek ötöd- vagy tizedannyi energiát képesek tárolni, szemben a hagyományos kémiai elemekkel. Azonban a homokakkumulátor sokkal költséghatékonyabb megoldás. A csapat számításai szerint az akkumulátoruk nyolcszor-tízszer olcsóbb, mint egy lítiumion-akkumulátor, amely ugyanannyi energia tárolására képes.

A homokakkumulátor sokkal olcsóbb megoldás a lítiumion-akkumulátornál.
Kép: pexels

 

A homokakkumulátor jövője

Ahhoz, hogy szélesebb körben használhatóvá tegyék a homokakkumulátort, ki kell dolgozniuk egy olyan módszert, amellyel az akkumulátor hőjét 75–80%-os hatékonysággal visszaalakíthatják elektromos árammá. A következő lépés egy turbina hozzáadása, amelynek segítségével az akkumulátor villamosenergia-termelésre is alkalmas lesz, így a hőt visszavezeti a hálózatba.

Jelenleg a homokakkumulátor északi megoldás marad. Nagyon hasznos Finnországban, ahol hideg tél van, és nagyjából szeptembertől májusig fűteni kell, mivel az éves átlaghőmérséklet 10 °C alatt marad.

Egy darabig még az északi országok használhatják a homokakkumulátort.
Kép: pexels

A nemzetközi terjeszkedési tervek elősegítése érdekében a Polar Night Energy a homokot más szemcsés, nem gyúlékony anyagokkal kívánja helyettesíteni azokon a helyeken, ahol homokhiány van. „Az elképzelés az, hogy körülnézünk, hogy helyben találunk-e megfelelő anyagot” – nyilatkozta Eronen.

Pekka Passi, a Vatajankosi erőmű ügyvezető igazgatója úgy véli, hogy az akkumulátor legnagyobb potenciálja az ipari felhasználásban rejlik. Bizonyos iparágakban nagyon forró, akár 300 °C-os levegőre van szükség, például szárításhoz. Egy homokakkumulátor, amely egyetlen éjszaka alatt feltölthető, biztosítaná a szükséges rugalmasságot, és megelőzhető lenne az áringadozásokból eredő anyagi bizonytalanság.

 

Összefoglaló

Noha sokan ódzkodnak ettől az új keletű megoldástól, a homokakkumulátor megoldást jelenthet a zöldenergia tárolására. Az időnk fogy, nincs idő félni az új ötletektől, amelyek megóvhatnak minket a klímaváltozás visszafordíthatatlan velejáróitól.

 

 

 

Címlapkép: Unsplash

Cikk forrása