Για τη μετάβαση του ηλεκτρικού δικτύου από τα ορυκτά καύσιμα στις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, χρειαζόμαστε καλύτερα συστήματα αποθήκευσης ενέργειας - και μια μπαταρία κατασκευασμένη από κελύφη καβουριών θα μπορούσε να βοηθήσει να συμβεί αυτό.
Η πρόκληση: Η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας ευθύνεται για το 25% των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου στις ΗΠΑ, επομένως η μετάβαση από τα ορυκτά καύσιμα προς καθαρές πηγές ηλεκτρικής ενέργειας, όπως η αιολική και η ηλιακή, αποτελεί ζωτικό μέρος της καταπολέμησης της κλιματικής αλλαγής.
Ενώ το μέσο κόστος της ανανεώσιμης ενέργειας είναι πλέον ανταγωνιστικό με τα ορυκτά καύσιμα, αυτές οι πηγές δεν είναι τόσο αξιόπιστες - μπορείτε να κάψετε φυσικό αέριο ανά πάσα στιγμή, αλλά δεν μπορείτε να αναγκάσετε τον άνεμο να φυσήξει ή τον ήλιο να λάμψει - και δεν μπορούμε να έχουμε ένα ηλεκτρικό δίκτυο που παράγει ηλεκτρική ενέργεια μόνο όταν ο καιρός συνεργάζεται.
Συστήματα αποθήκευσης ενέργειας: Η αποθήκευση επιπλέον ανανεώσιμης ενέργειας σε μπαταρίες όταν η παροχή είναι υψηλή για χρήση όταν δεν είναι μπορεί να βοηθήσει στην αντιμετώπιση του προβλήματος αξιοπιστίας.
Ορισμένα ηλιακά και αιολικά πάρκα το κάνουν ήδη αυτό με τράπεζες μπαταριών ιόντων λιθίου - το είδος που χρησιμοποιείται σε ηλεκτρικά οχήματα, φορητούς υπολογιστές και άλλες τεχνολογίες - αλλά ενώ αυτές οι μπαταρίες έχουν υψηλή ενεργειακή πυκνότητα και μεγάλη διάρκεια ζωής, είναι επίσης ακριβές και μπορούν να πάρουν φωτιά, γεγονός που τις καθιστά λιγότερο από ιδανικές ως συστήματα αποθήκευσης ανανεώσιμης ενέργειας.
Η εναλλακτική λύση: Οι μπαταρίες ιόντων ψευδαργύρου είναι μια ελκυστική εναλλακτική λύση, καθώς είναι πιο σταθερές και ο ψευδάργυρος είναι πολύ φθηνότερος και πιο άφθονος από το λίθιο. Το πρόβλημα είναι ότι δεν έχουν πολύ μεγάλη διάρκεια ζωής.
«Κατά τη διάρκεια του κύκλου φόρτισης - εκφόρτισης, ο ψευδάργυρος τείνει να αναπτύσσεται ως τυχαίοι και αγκαθωτοί κρύσταλλοι - που ονομάζονται δενδρίτες - οι οποίοι μπορούν εύκολα να προκαλέσουν βραχυκύκλωμα κατά τη φόρτιση των μπαταριών», δήλωσε η Linda Nazar, καθηγήτρια χημείας στο Πανεπιστήμιο του Waterloo και συν-επικεφαλής συγγραφέας μιας μελέτης του 2022 για τις μπαταρίες ιόντων ψευδαργύρου.
Τι νέο υπάρχει: Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Maryland (UMD) ανακάλυψαν ότι μια χημική ουσία που βρίσκεται στα κελύφη των καβουριών, που ονομάζεται «χιτοζάνη», μπορεί να βοηθήσει στην αναστολή της ανάπτυξης δενδριτών όταν ενσωματώνεται στον ηλεκτρολύτη μιας μπαταρίας ιόντων ψευδαργύρου (η ουσία που βοηθά στη μεταφορά ιόντων κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση).
Ενώ οι παραδοσιακές επαναφορτιζόμενες μπαταρίες ιόντων ψευδαργύρου μπορούν να λειτουργήσουν μόνο για λίγες ημέρες ή ίσως μια εβδομάδα σε πλήρη χωρητικότητα, ο ερευνητής της UMD Lin Xu δήλωσε στη Baltimore Sun ότι η μπαταρία της ομάδας του θα εξακολουθεί να είναι 70% αποδοτική μετά από ένα χρόνο, καθιστώντας την μια βιώσιμη επιλογή για συστήματα αποθήκευσης ανανεώσιμης ενέργειας.
Ατενίζοντας το μέλλον: Η μπαταρία χιτοζάνης που έφτιαξε η UMD για τη μελέτη της είχε μόνο περίπου το μέγεθος ενός νομίσματος. Εάν συμβεί αυτό, οι μπαταρίες με θαλασσινά θα μπορούσαν μια μέρα να διαδραματίσουν σημαντικό ρόλο στην απαλλαγή του ηλεκτρικού δικτύου από τον άνθρακα.
Ωστόσο, οι μπαταρίες ιόντων ψευδαργύρου, είτε κατασκευάζονται από κελύφη καβουριών είτε από άλλα υλικά, είναι μόνο μία πιθανή λύση στο πρόβλημα αποθήκευσης των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.
Άλλες ομάδες διερευνούν τις δυνατότητες των μπαταριών από άμμο, αλάτι, θείο και πολλά άλλα ως συστήματα αποθήκευσης ενέργειας και πιθανότατα θα είναι κάποιος συνδυασμός αυτών των τεχνολογιών που τελικά θα μας επιτρέψει να απαλλαγούμε πλήρως από τον άνθρακα του ηλεκτρικού δικτύου.
«Δεν υπάρχει κανένας νικητής», δήλωσε ο Adarsh Nagarajan, ερευνητής στο Εθνικό Εργαστήριο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας του DOE, ο οποίος εργάζεται εκτενώς για την ενσωμάτωση των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας στο ηλεκτρικό δίκτυο.
«Όλοι τους θα πρέπει να συνεργαστούν προκειμένου να επιτύχουν έναν συγκεκριμένο στόχο, ο οποίος είναι η σταθερότητα και η ανθεκτικότητα του δικτύου και να ικανοποιήσουν τις ανάγκες των πελατών».