Wodne baterie elementem naturalności klimatycznej Kanady

Wodne baterie mogą w znacznym stopniu pomóc w dekarbonizacji Kanady i ustanowieniu neutralności klimatycznej do roku 2050 roku.

Choć odnawialne źródła energii, takie jak energia wiatrowa i słoneczna, odgrywają kluczową rolę w tej transformacji, ich niestabilność stanowi istotne wyzwanie. Jednym z obiecujących rozwiązań są wodne baterie, które mogą zapewnić długoterminowe magazynowanie energii i wesprzeć sieć energetyczną w momentach szczytowego zapotrzebowania.

Odnawialne źródła energii, mimo że coraz tańsze i bardziej dostępne, wciąż borykają się z problemem nieregularnej produkcji. Energia słoneczna zależy od warunków pogodowych, a energia wiatrowa jest zmienna w zależności od siły wiatru. Dodatkowo, dominujące w Kanadzie elektrownie wodne, które w 2022 roku stanowiły 62% całkowitej energii odnawialnej, są podatne na zmiany klimatyczne. W 2023 roku niski poziom opadów zmniejszył zasoby wodne poniżej średniej, prowadząc do spadku eksportu energii o 25% i konieczności importu prądu w Kolumbii Brytyjskiej.

Obecnie około 90% globalnej pojemności magazynowania energii opiera się na systemach elektrowni szczytowo-pompowych. Technologia polega na pompowaniu wody na wyższy poziom podczas nadmiaru energii, a następnie uwalnianiu jej w dół przez turbiny w celu wytwarzania energii elektrycznej w okresach zwiększonego zapotrzebowania. Choć systemy są wydajne i mogą działać nawet przez 100 lat, wymagają specyficznych warunków geograficznych oraz dużej infrastruktury, co zwiększa koszty i wywołuje obawy ekologiczne.

Alternatywą dla konwencjonalnych systemów pompowych są wodne baterie przepływowe (aqueous redox flow batteries). Magazynują energię w zewnętrznych zbiornikach wypełnionych roztworami wodnymi, które przepływają przez ogniwa elektrochemiczne. Reakcje chemiczne zachodzące w ogniwach umożliwiają przechowywanie i uwalnianie energii na żądanie. Największą zaletą tych baterii jest ich modułowa konstrukcja, która umożliwia łatwe skalowanie pojemności poprzez powiększenie zbiorników.

Aqueous redox flow batteries mogą działać przez ponad 25 lat, są bezpieczne i niepalne dzięki wykorzystaniu wodnych elektrolitów. W porównaniu do konwencjonalnych baterii litowo-jonowych, są bardziej opłacalne przy dużych projektach, co czyni je idealnym rozwiązaniem dla zasilania społeczności wiejskich oraz w sytuacjach kryzysowych. Największa na świecie bateria tego typu została zbudowana w Chinach, gdzie może zasilać około 58 000 domów przez 12 godzin.

Baterie przepływowe znajdują zastosowanie w wielu dziedzinach. W miarę jak rośnie liczba pojazdów elektrycznych, mogą one wspierać infrastrukturę ładowania. W 2021 roku Korea Południowa rozpoczęła testy tej technologii jako wsparcie dla stacji ładowania EV, co ma szczególne znaczenie dla Kanady, gdzie do 2035 roku planuje się wprowadzenie 12,4 miliona pojazdów zeroemisyjnych.

Technologia może także wspierać lokalne społeczności w odległych regionach, zapewniając stabilne dostawy energii odnawialnej bez konieczności budowy skomplikowanej infrastruktury. Ponadto wodne baterie mogą być wykorzystywane w operacjach ratunkowych, gdzie niezawodne źródła energii są kluczowe dla działania urządzeń medycznych i komunikacyjnych.

Pomimo wielu zalet, wodne baterie przepływowe wciąż napotykają na istotne bariery. Największym wyzwaniem są wysokie koszty materiałów, takich jak wanad, który jest zarówno drogi, jak i rzadki. Badacze pracują nad tańszymi, organicznymi elektrolitami, takimi jak antrachinony, które mogą zastąpić wanad. Niestety, organiczne baterie wciąż charakteryzują się krótszą żywotnością.

Jednak dynamiczny rozwój badań nad stabilnością organicznych elektrolitów daje nadzieję na poprawę trwałości i opłacalności tej technologii. W miarę zwiększania inwestycji w badania i rozwój, wodne baterie mogą odegrać kluczową rolę w globalnej transformacji energetycznej.

Wodne baterie przepływowe mogą odegrać kluczową rolę w realizacji neutralności klimatycznej Kanady do 2050 roku. Ich długa żywotność, bezpieczeństwo i możliwość skalowania sprawiają, że są one idealnym rozwiązaniem do magazynowania energii odnawialnej. Pomimo obecnych wyzwań, rosnące inwestycje w badania i rozwój mogą uczynić je bardziej opłacalnymi i szeroko dostępnymi.

Jeśli technologia zostanie udoskonalona, może stać się fundamentem zrównoważonego systemu energetycznego, który zapewni stabilne dostawy energii i pomoże w walce ze zmianami klimatycznymi. W kontekście globalnych wysiłków na rzecz dekarbonizacji, wodne baterie mogą stać się jednym z najważniejszych narzędzi w osiągnięciu neutralności klimatycznej.

Szymon Ślubowski