A megújuló energiaforrások felhasználásáról és a fosszilis energiaraktárak lecseréléséről sok szó esik, ám a fő problémát, az olcsó és hatékony energiatárolást ritkábban emlegetik. Pedig az elektromos autók gyorsabb elterjedésének ez az akadálya, s a zöldenergiák kiaknázása is nagyobb lendületet kapna, ha a megtermelt energia raktározása új szintre jutna.
Állami és magánpénzek dollármilliárdjait költik a jelenlegi technológiák tökéletesítésébe, de az igazi áttörés még nem következett be. Nincs hét, hogy ne érkeznének hírek különböző laboratóriumokból valamiféle fejlődésről, ám ezek jobbára a jelenlegi megoldásokat javítgatják.
A legkorszerűbbnek tartott – de a szakemberek egy része által zsákutcának tartott – mobil eszközeinkben mindenütt jelen lévő lítiumion elemek (vagy akkuk) létezése már önmagában bizonyíték a jobb energiatárolók iránti hihetetlen igényre.
Ilyen termék 1997-ben még nem is létezett, hat évvel később pedig már egymilliárd darabot állítottak elő belőle. Kifejlesztése a műszaki fejlődés szerencsés mellékterméke volt, mely egy régi információhordozó, a mágnesszalag leáldozásából fakadt. A Sonynál feleslegessé váltak azok a gépek, melyekkel a vékony fóliára felhordták a hangrögzítésre szolgáló mágnesezhető rétegeket. Körülnéztek, mire lehetne ezeket használni, s a lítiumion akkumulátorokat fejlesztő kutatók épp akkorra beérő felfedezéseit találták erre a legalkalmasabbnak.
A régi gépeken nekiláttak elektródokat bevonni többrétegű töltéstároló lítium-oxid-tartalmú rétegekkel. Az első ilyen elemet a japán cég 1991-ben dobta piacra, s a siker robbanásszerű volt. Már az első modellek kétszer annyi energiát tároltak, mint bármilyen addigi kompakt megoldással. Azóta pedig az újabb változatok energiatároló kapacitása megháromszorozódott. Persze a lítium esetében a robbanás nem csak a sikert jelentheti.
|
Lítiumkitermelés a bolíviai sómezőn. Egyelőre nincs jobb akkualapanyag, így az ára egyre nő.
Forrás: Thinkstock |
A legkönnyebb fémből készülő akkuk ugyan sokkal könnyebbek és tartósabbak például a nikkelalapúaknál, de gyúlékonyabbak is: túltöltéskor vagy a névlegesnél nagyobb feszültséggel való próbálkozáskor olyan erős hő fejlődhet, ami gyulladáshoz vagy az elem felrobbanásához vezethet. Ezt persze az újabb és újabb modellek rafinált műszaki megoldásokkal igyekeznek megelőzni, de azért 2006-ban a Sony hatmillió laptopakkut hívott vissza spontán gyulladás miatt. Két éve pedig a Boeing egyik üresen álló Dreamlinerjében gyulladtak ki az akkumulátorok a bostoni reptéren. A Boeing aztán kijavította ügyeletes sztármodelljének áramrendszerét, s azóta rendszeres ellenőrzésnek veti alá a gépeket.
A világ akkumulátorpiacán persze még mindig az autóinkból ismert jókora savas (ólom-) akkumulátorok dominálnak, noha az összes létező típus közül ezeknek legkisebb az energiasűrűségük, ami az egyik legfontosabb mérőszáma az elektrokémiai energiatárolásnak. (Ebben a folyamatban a töltéskor bevitt egyenfeszültség vegyi energiává alakul át és így tárolódik, majd kisütéskor egyenfeszültséggé alakul vissza.)
Ennek ellenére idén a világ összes újratölthető áramtároló eszközére kiadott pénzek harmadát és az energiatárolás teljes költségeinek hatodát már lítiumion elemekért adják ki.
Az ikonikus elektroautó, a Tesla S modelljét több ezer ilyen akku hajtja, melyek erejét jól jelzi, hogy 3,1 másodperc alatt képesek nulláról 95 kilométeres óránkénti sebességre gyorsítani a kocsit, amely 430 kilométert képes megtenni egy feltöltéssel. Csakhogy, és itt jön a gond: egy töltés még órákig tart! Persze Elon Musk úr nem áll meg félúton.
A Vasember annyira bízik a lítiumion elemekben, hogy gyártásukat is saját kézbe veszi. A nevadai Reno mellett tervezett gigaméretű gyár 2020-ra annyi ilyen elemet fog előállítani, mint a 2013-as teljes világtermelés. Ráadásul a tervek szerint az akkori termelési költségeknél 30 százalékkal olcsóbban, hogy a gyártott mennyiség félmilliónyi elektroautóra is elég legyen. És nem csak Musk töri magát. A technológia legkülönbözőbb részleteit próbálják világszerte csiszolgatni. Ennek ellenére szakértők szerint a lítiumion elemek elektrokémiai kapacitása lassanként eléri energiatárolási képességének elméleti felső határát, míg áruk egyre csökken.
Mi lesz a jövő? Az elektromos autók benzines társaikkal való teljes versenyképességéhez sokak szerint új generációs elemekre lesz szükség, melyek egy benzintank telitöltésével megegyező idő alatt legalább 750 kilométer megtételére teszik képessé az autót. De a legújabb okosmobiloknak is többet kéne kibírniuk egyetlen feltöltéssel egy napnál, és ez ma nehezen megy. Ehhez új kémiai alapok kellenek.
Elsőre a lítium elegyítése más elemekkel látszik kézenfekvőnek.
A jövő a lítium-kén akkuké lehet, amelyek kevésbé hajlamosak gyulladásra, és energiasűrűségük háromszorosa a hagyományos lítiumion cellákénak.
Még nincsenek kereskedelmi forgalomban, de a kutatók az elektródok csúcsra járatásánál a nanotechnológiát és a divatos grafént is bevetik. Csakhogy a lítiumhoz való ragaszkodás sem feltétlenül üdvözítő. A Földön ez az alkáli fém ugyan sok helyütt megtalálható, de nagyon kis koncentrációban.
Leginkább sós oldatokban fordul elő, mint az Andok egyik medencéjében fekvő Salar de Uyuniban, a világ legnagyobb és legmagasabban fekvő sómezőjén, mely időszakosan vízzel elárasztott mocsár. A 3600 méteren fekvő 18 balatonnyi terület 5,4 millió tonna ércet rejt. A zömmel Bolíviában, kisebb részben Chilében lévő készletek a Föld lítiumtartalékának 40 százalékát jelentik. A lítium kinyerése jórészt a víz elpárologtatásával és kémiai szétválasztásával olcsóbb, mint ha ércekből kellene kibányászni, ám a balos bolíviai kormány nem igazán szeretné e kincsét a multiknak kiárusítani.
Megfelelő technológiai tudás hiányában viszont a kitermelés lassan halad.
A lítium ára meredeken nő, a kereslet pedig óvatos becslések szerint is évi 5-10 százalékkal emelkedik. Ezért sok kutató más elemek után nyomoz. Olyan energiatároló lebeg a szemük előtt, amely 15 másodperc alatt feltöltődik,
és legalább egy hétig működőképessé teszi eszközeinket. A kutatást, a különböző elemek kombinációinak különböző arányú próbálgatását mára a big data bevetésével gyorsítják.
A New Scientist beszámolt például egy amerikai fejlesztésről, melyben a Chicago melletti Argonne National Laboratory és a híres Lawrence Berkeley National Laboratory kutatói több ezer lehetséges anyagösszetétel átrostálása után egy olyan akkut építettek, melyben a lítiumot magnéziummal pótolták. Ez több energia tárolására képes, de a térfogata terjedelmesebb. Egy másik megközelítés a folyadékakku, amely két különböző folyadékot pumpál egy reakciókamrán keresztül, ahol a feloldott molekulák energiatároló vagy felszabadító kémiai reakciókon mennek át.
|
| A lítium világszükségletének alakulása |
Az ilyen rendszereknek alacsonyabb ugyan az energiasűrűségük, ám sokkal olcsóbbak, mint a lítiumion akku. A kutatók a legjobb megtalálásához eddig 16 ezer variációt teszteltek számítógépeken. Sokak szerint az árcsökkentés fontosabb is, mint az energiasűrűség javítása, s ez különösen akkor válik szembetűnővé, ha a néhol már létező okos-áramhálózatok, a gridek energiatárolási lehetőségeit nézzük. Az áramszükséglet a nap során folyamatosan változik, az időszakosan jelentkező energiatöbbletet pedig a fosszilis üzemanyaggal működő erőművek tárolják, felfuttatják a termelést, az igények növekedésekor meg visszatáplálják a hálózatba.
Ez a megújuló energiaforrásoknál nehezen működik, hiszen a szélnek nem lehet megmondani, mikor fújjon, a napnak se, hogy mikor süssön. Március 20-án egy napfogyatkozás egy órára kiütötte Németország napenergia-termelő kapacitásának kétharmadát. A grid kezelői tudtak a veszélyről, és előre felpörgették az alternatív áramforrásokat gázból, szénből, vízenergiából. Megfelelő tárolási lehetőség mellett egy ilyen napfogyatkozás nem okozna gondot.
Kalifornia tavaly törvényben írta elő, hogy az energiatermelő cégeknek 2022-ig bezárólag 1,3 gigawatt energiát kell tárolniuk a grid számára. A cél, hogy megújuló forrásokból gyűjtsék az energiát a csúcson kívüli időszakra, amit visszatáplálhatnak a hálózatnak a fogyasztási csúcs idejére.
E célra az egyik közüzemi vállalat megbízott egy áramtárolással foglalkozó céget egy hatalmas lítiumion-tároló megépítésére, ami óránként 100 megawattnyi áram szállításával a világ valaha épített legnagyobb „eleme” lenne, és 80 ezer amerikai otthont látna el energiával.
Elképesztő összegek forognak ezen a területen. A Tesla nemrég bejelentett, napelemekhez fejlesztett új, lítium-polimer-alapú energiatároló rendszerét
családi házaknak és irodáknak kínálja, igaz, 2-3 ezer dollárért.
Elképzelhető, hogy a jövőben az áramtermelők ingyenesen adnak a napelemes fogyasztóknak olyan elemeket, melyekért olcsóbb áramárakat ígérnek, ha a grid használhatja a tárolt és a fogyasztó számára épp szükségtelen energiát.
Az elemforradalom utáni világban vélhetőleg nemcsak azt fogjuk jobban tudni, honnan és miből származik az energiánk, de tudatosabban élünk is és takarékoskodunk is ezzel. Ez az energiahasználat demokratizálódását hozhatja el. Ami pedig, úgy tűnik, új és tartósabb elemek nélkül nem megy.
