A klímaváltozás mellett az elmúlt hónapokban az orosz-ukrán háború miatt még égetőbb lett Európában és a világban a megújuló energiákra való minél teljesebb és gyorsabb átállás. Igen ám, de még ha meg is tudjuk termelni a megfelelő energiamennyiséget, hogyan tudjuk azt eltárolni, hogy akkor is működjenek a dolgok, amikor a megújulók teljesítménye éppen nem elegendő, azaz mondjuk nem süt a nap és nem fúj a szél? A probléma már csak azért is kritikus, mert bizonyos időszakokban már most is rengeteg megtermelt megújuló energia veszik kárba pusztán azért, mert nincs hol és hogyan eltárolni.
Természetesen akkumulátorokban, csak hát Elon Musk minden erőfeszítése ellenére a legújabb elemek és akkumulátorok is túl drágák, kis kapacitásúak, rövid élettartamúak, valamint gyorsan lemerülőek ahhoz, hogy egész országok energiaellátási gondjait megoldják. De vannak kreatívabb, sokat ígérő megoldások.
Víz és gravitáció
A legismertebb ezek közül talán a szivattyús energiatárolás, amit leginkább egy „megfordítható” vízerőműként lehet elképzelni. Leggyakrabban úgy működik, hogy két, különböző magasságban található víztározót építenek. Ha a rendszerben energiára van szükség, akkor a felsőből a turbinákon keresztül engedik le a vizet az alsóba, miközben villamos energia termelődik. Ha pedig éppen csúcsra járnak a „zöld” erőművek, a fogyasztás pedig kisebb, akkor a megtermelt energiát arra használják, hogy a vizet az alsóból a felső tárolóba szivattyúzzák, így tulajdonképpen eltárolva a villamos energiát későbbre.
A szivattyús tárolás viszonylag olcsón, hatékonyan (nagyjából 85 százalékos hatékonysággal) képes nagy mennyiségű energia tárolására, és technológiailag sem túl nagy kihívás megépíteni. A világban már számos helyen működnek ilyen erőmű-tárolók, a legnagyobb kapacitásút éppen idén januárban helyezték üzembe – hol máshol – Kínában. Az ország északkeleti Hopej tartományában megépült Fenging szivattyús erőmű 3600 MW teljesítményre képes (a paksi atomerőmű jelen formájában 2000 MW maximális teljesítményre képes, míg a Paks 2 két blokkja összesen 2400 MW-ot tudna termelni a tervek szerint). Ennél izgalmasabb, hogy 40 GWh, azaz 40000 MWh energiát képes maximálisan tárolni, azaz 20 órán keresztül lenne képes kiváltani a paksi erőmű jelenlegi maximális teljesítményét.
Ezek igen impresszív adatok, de a szivattyús tárolóknak azért vannak hátrányaik is. Megfelelő domborzati viszonyokkal rendelkező helyszín kell hozzájuk, ráadásul nagy helyet foglalnak el – miközben nem lehetnek túl messze sem a megújulókat termelő erőművektől, sem a fogyasztóktól, mivel a villamos energia hosszú távra való szállítása hatalmas veszteségekkel jár, így hatásfokuk drámaian lecsökkenne. Egy számítógépes modellezést alapul vevő tanulmány szerint ugyan a világon mintegy 600 ezer helyszín lehetne alkalmas szivattyús tárolók építésére, de ebben is elismerik, hogy kulturális, gazdasági vagy természetvédelmi szempontból ezek közül „sok, akár a legnagyobb részük valójában nem bizonyul majd megvalósíthatónak”.
Egy magyarországi kutatás szerint az ország kedvezőtlen domborzati viszonyai ellenére kisebb léptékű szivattyús tárolóegységek hazánkban is megvalósíthatóak lennének, a Mátra déli részén, illetve Salgótarján környékén több lehetséges alkalmas helyszínt is azonosítottak a szakemberek, akik azt is megjegyezték, egyelőre állami támogatás nélkül ilyen erőmű-tároló megépítése még lenne megtérülő beruházás, ám ez már rövid távon is változhat, ahogy az igények növekednek.
Megoldásként olyan ötletek kínálkoznak, amelyek a víztározókat a föld alá, esetleg hegyek belsejébe rejtenék el, egy texasi vállalat pedig azzal próbálkozik, hogy a vizet a talaj mélyebb rétegeibe pumpálná le, majd onnan kiengedve hajtaná meg a turbinákat. Ezek azonban még kiforratlan, illetve adott esetben jóval drágább megvalósítási formái ugyanannak az ötletnek.
Súlyzók és só
Az egyik út az energia tárolása hő formájában. A legígéretesebb megoldásnak egyelőre az olvadt só tűnik erre a célra. A dolog úgy működne (és kísérleti szinten működik is), hogy a napenergiát nem napelemek segítségével konvertáljuk át villamos energiává, hanem tükrökkel egy helyre koncentrálva felmelegítenek valamit, aminek a hőjével aztán egy klasszikus erőműhöz hasonlóan lehet áramot termelni.
A fő problémát itt a megfelelő, a hőséget jól bíró, a hőt jól tartó, kis térfogatú anyag megtalálása jelenti. A jelenlegi legjobb megoldás az olvasztott só, csakhogy ez nem bírja a nagyon magas, több száz fokos hőmérsékletet. Egy dán, eredetileg nukleáris energiával foglalkozó startup, a Seaborg viszont kísérletezés közben felfedezte, hogy nátrium-hidroxid használatával sokkal nagyobb hatásfokot lehet elérni. Ráadásul maga az alapanyag is nagyjából 90 százalékkal olcsóbb, mint az eddig használatos sók.
„Ha Rómában egy Colosseum nagyságú tárolót megtöltenénk ezzel a sóval, és felfűtenénk 700 fokra, egész Olaszország minden lakosát el tudnánk látni árammal és meleg vízzel 10 órán keresztül”
– állítja a Seaborg társalapítója, Emil Løvschall-Jensen, aki abban reménykedik, hogy az ötletük hamarosan alapját képezheti energiatárolásra képes, üzletileg is fenntartható naperőművek tervezésének.
Egy másik megoldás az energia tárolására tulajdonképpen a szivattyús tárolók elvén működik – csak éppen víz nélkül. Az Energy Vault (Energiaszéf) nevű svájci cég szintén a gravitációt, vagyis inkább annak leküzdését használja fel az energia tárolására, méghozzá egy olyan építmény formájában, ami leginkább egy magas gyárcsarnokra hasonlít kívülről. Belül viszont egyenként 35 tonnás, kompozit súlyok vannak kábelekre felfüggesztve, és amikor többletenergiát kell eltárolni, ezek emelkednek a magasba. Amikor le kell adni az energiát, a súlyokat a mesterséges intelligenciával felturbózott rendszer elkezdi leengedni, a kábelek pedig generátorokat hajtanak meg.
Az Energy Vault nagyjából 80-85 százalékos hatékonysággal képes tárolni az energiát, gyakorlatilag bármennyi ideig, veszteség nélkül. A technológiát bemutató, Svájcban felépített, és már a svájci elektromos hálózatra is rákötött, 75 méter magas daruszerű toronyban egy-egy 35 tonnás súly teljesen felhúzva 1 MWh óra energiát tárol, és a tervezett egységekben 7000 ilyen lenne, így egy „széf” több ezer háztartást tudna ellátni energiával akár 8 órán keresztül is.
Alternatív energiához alternatív tárolást
Vannak viszont még a fentebb leírtaknál is furmányosabb módjai az energia eltárolásának. Tulajdonképpen az energia egyik tárolási formájának tekinthető, ha később felhasználható üzemanyagok előállításához használjuk. Természetesen a célok érdekében csak „zöld” üzemanyagok, mint például a hidrogén vagy az ammónia jöhetnek szóba. Előbbit például jelenleg zömmel földgázból állítják elő, rendkívül alacsony hatékonyságú módon, miközben elektromosság felhasználásával a víz bontásával is létrehozható. Több kutatócsoport is dolgozik azon, hogy a megújuló forrásból származó energiát felhasználó hidrogéngyártás folyamatát optimalizálja, a másik oldalon viszont a járműipar még mindig adós a megfizethető, praktikus és biztonságos hidrogénhajtás piacra dobásával, de ez is a fenntarthatóbb jövő felé vezető egyik út lehet.
Egy igazán különleges megoldást javasol egy tanulmányban két kaliforniai kutató. Az általuk javasolt „információ-akkumulátorok” úgy működnének, hogy a felesleges megújuló energiával számításokat végeznének e. A Google, a Facebook és más hasonló digitális óriáscégek adatközpontjai elképesztő mennyiségű energiát fogyasztanak, miközben kiszolgálják a felhasználói igényeket. De mi lenne, ha ezeknek az igényeknek egy részét előre meg tudnánk határozni, és elvégezni a hozzájuk szükséges számítási feladatokat? A YouTube szerverei például naponta 700 ezer órányi videót konvertálnak át más felbontásokra, gyakorlatilag élőben. A felhasználói szokások ismeretében ennek a munkának a nagy része előre elvégezhető – olyan időszakokban, amikor a villamosenergia-hálózatban éppen egyébként kárba vesző többletenergia van.
Mitől energiatároló akkumulátor ez? A tanulmány egyik szerzője, Barath Raghavan megfogalmazása szerint:
„Az akkumulátorok energiapotenciált tárolnak el. A legtöbb tárolási megoldás az energia egy formáját egy másik fajta energiapotenciálként raktározzák el, például az elektromosságot potenciális gravitációs energiaként. A mi megoldásunk esetében az elektromosságot egyfajta ’információs energiapotenciállá alakítjuk’, és az energiafelhasználást időben eltoljuk.”
A számításaik szerint az „információ-akkumulátorok” nagyjából a lítium-ion akkumulátorok hatásfokával tudnának működni, viszont nincsenek gyártási költségek, nincs a tárolás során fellépő veszteség, és hulladék sem képződik belőlük, csak éppen még a szükséges szoftveres, informatikai háttért kéne valakinek kidolgozni hozzá.
Egyik megoldás sem tökéletes tehát, de ezt a problémát záros határidőn belül meg kell oldania az emberiségnek, különben a leválás az orosz, majd később az összes fosszilis energiahordozóról megmarad a szép, zöld álom szintjén.
