Najveći izazov za obnovljive izvore energije - solarne panele ili vjetroelektrane - osiguranje je stalne opskrbe kućanstava i tvorničkih pogona električnom energijom tokom različitih godišnjih doba i promjenjivog vremena. Kako uskladištiti proizvedenu energiju za vrijeme sunčanog dana da bi nas grijala kad je oblačno?

Naučnici su već decenijama u potrazi za tim ‘svetim gralom’ zelene energetike. Čini se da se njegovu otkrivanju najviše približilo četvero mladih inženjera iz Finske, a rješenje vide u izuzetno jednostavnom, lako dostupnom i jeftinom materijalu – pijesku.

Njihova firma Polar Night Energy u saradnji s energetskom kompanijom Vatajankoski prije nekoliko mjeseci pustila je u pogon prvo u svijetu komercijalno postrojenje za skladištenje toplinske energije u pijesak. Toplinska energija pohranjena u pješčanoj bateriji koristi se za grijanje toplovodne mreže u obližnjem mjestu Kankaanpää na zapadu Finske, piše Tportal.

Potpuno zatvorena u čeličnom spremniku visine sedam i širine četiri metra, baterija se sastoji od 100 tona niskokvalitetnog građevinskog pijeska, dvije cijevi za daljinsko grijanje i ventilatora. Pijesak postaje baterija nakon što se zagrije do 600 stepena Celzijevih pomoću električne energije koju proizvode vjetroturbine i solarni paneli.

Dovoljno za opskrbu javnog bazena

Silos ima ukupan kapacitet od osam MWh, a može otpuštati oko 200 kW toplinske energije u svakom trenutku. To je dovoljno za opskrbu grijanjem i toplom vodom javnog bazena i oko 100 kućanstava u mjestu Kankaanpää, nadopunjavajući energiju iz mreže. Baterija se puni preko noći, kada su cijene struje niže.

Kompanija koristi jeftin pijesak niske kvalitete, onaj koji su građevinari odbacili, umjesto visokokvalitetnog riječnog pijeska koji se u ogromnim količinama upotrebljava za gradnju.

Pijesak je vrlo učinkovit medij za zadržavanje topline tokom dugog razdoblja i mjesecima može pohranjivati energiju. A tu su i druge prednosti. ‘Pijesak ima vrlo dug životni vijek: može se zagrijavati i hladiti koliko god puta želite. Postat će gušći nakon nekog vremena pa mu treba manje prostora. U tom trenutku možemo dodati još pijeska’, kaže Ville Kivioja, vodeći naučnik u kompaniji Polar Night Energy.

Uz njega, osnivači firme inženjeri su Tommi Eronen, Markku Ylönen i Liisa Naskali. Postavlja se pitanje kakve su performanse pješčane baterije u usporedbi s drugima, posebno s elektrokemijskim dvojnikom: litij-ionskim baterijama?

Veliki problem s litij-ionskim baterijama, koje koristimo za napajanje prijenosnih računala, telefona i električnih vozila, taj je što se one neprestano degradiraju, čak i kada nisu u upotrebi. U pješčanim baterijama nema hemijske reakcije pa ne prolaze kroz sličan proces starenja.

Osim toga, litijske baterije su zapaljive i puno su veća opasnost za okoliš od pijeska. Za svaku proizvedenu tonu rafiniranog litija emitira se ekvivalent između tri i devet tona CO2.

Naravno, postoje ograničenja i za pješčane baterije. Prije svega, one pohranjuju pet do deset puta manje energije po jedinici volumena od tradicionalnih hemijskih baterija.

Pješčana baterija

Finski inženjeri priznaju to, ali tvrde da je pješčana baterija daleko isplativije rješenje. Izračunali su da je njihova baterija osam do deset puta jeftinija od one litijske koja skladišti istu količinu energije. Generiranje osam MWh energije korištenjem pješčane baterije košta grad Kankaanpää oko 200.000 dolara. Litij-ionska baterija koja pohranjuje osam MWh energije koštala bi najmanje 1,6 miliona dolara, tvrde Finci.

Stručnjaci se slažu s time da je pješčana baterija odlična za grijanje kuća u zemljama s hladnom klimom, ali upozoravaju da joj učinkovitost opada kada se koristi za vraćanje struje u električnu mrežu. S trenutno dostupnom tehnologijom proces pretvorbe topline u električnu energiju ima stopu učinkovitosti od samo 30 posto.

Polar Night Energy trenutno je u postupku potpisivanja ugovora za izgradnju druge baterije u Finskoj. Novi sistem bit će znatno veći s dva MW toplinske energije i 500 MWh kapaciteta skladištenja. To je 10 puta više od onoga u mjestu Kankaanpää.

Plan Finaca je da postanu globalna kompanija koja će graditi pješčane baterije u cijelom svijetu. Ono što bi im pomoglo u tome zamjena je pijeska drugim granuliranim, nezapaljivim materijalima, jer ima mjesta u kojima on nije tako čest.

‘Ideja je pogledati okolo i pronaći lokalni odgovarajući materijal: možemo, naprimjer, testirati nusproizvode industrijskih procesa i vidjeti možemo li ih koristiti’, kaže Eronen.