Kezünkben a kulcs az energiatárolási kihívások megoldására

Az egekbe szökő energiaszükségletek, a villamos energia tárolása, gyors leadása és felvétele iránti igények folyamatos növekedése miatt napjainkban egyre nagyobb hangsúly helyeződik az ultrakondenzátorok[1] fejlesztésére, amelyek az akkumulátorok mellett az energiatárolás zászlóshajóivá válhatnak a jövőben. A kétféle technológiának egyaránt megvan a maga felhasználási területe, de tulajdonképpen egymást kiegészítő megoldásokról van szó, amelyek számos hálózati, autóipari vagy közlekedési technológiát tesznek közösen elérhetővé. Köszönhetően annak, hogy az akkumulátorok hosszú távon biztosítják az energiát, az ultrakondenzátorok pedig gondoskodnak a magas csúcsteljesítményről és a gyors reagálásról.

Ultrakondenzátorok vagy akkumulátorok?

Adódik a kérdés, hogy kell-e egyáltalán választani közülük? A válasz az, hogy mindkettő kell és másra jók igazán. A fő különbség köztük leginkább az energiatárolás módszerében rejlik. Kezdjük azzal, hogy az ultrakondenzátorok a gyors energiatárolás lehetőségéről ismertek. Elsősorban a magas energiasűrűség jellemzi őket, ami azt jelenti, hogy (több ezer ampernyi) erős áramot képesek biztosítani rövid időn belül (ideális esetben kevesebb, mint 10 másodpercen belül). Fontos jellemzőjük az is, hogy gyorsan tölthetők, illetve kisüthetők (kevesebb, mint egy perc), aminek megfelelően az élettartamuk több mint egy millió töltési/kisütési ciklust ölel fel, és miután nagyon alacsony belső ellenállással rendelkeznek (néhány tized milliohm), közel 100%-os hatásfokkal működnek. Nem utolsó szempont az sem a velük való tervezés során, hogy lényegesen könnyebbek, mint az akkumulátorok és jól tűrik az extrém hőmérsékleteket. Majdnem teljes hatásfokkal működnek még -40 °C-on is, miközben nem tartalmaznak káros vegyszereket vagy mérgező fémeket, így nem tűzveszélyesek és nem is robbannak fel. Ugyanakkor az sem titok, hogy hajlamosak a szivárgásra, ezért használaton kívül képesek lemerülni.

Az ultrakondenzátorokkal ellentétben az akkumulátorok lassú energiatárolóknak minősülnek, és jóval magasabb energiasűrűség jellemzi őket, mint az ultrakondenzátorokat. Ennek köszönhetően pedig hosszabb ideig képesek működni, akár órákon, napokon, éveken át. Lassan tölthetők és süthetőek ki, ami általában többórás folyamat, de az időigényesség összefügg az akkumulátor méretével, típusával is. Viszont az is igaz, hogy töltés vagy kisütés közben nem reagálnak jól a nyomásra. A gyorstöltés le is rövidíti az akkumulátorok élettartamát, amire azonban normál esetben nem lehet panasz, mert az 2000-5000 töltési/kisütési ciklus között mozog, amely a karbantartás módjától és az akkumulátor típusától függően némileg még ki is tolódhat. Hátulütői ennek a technológiának, hogy körülbelül 70-80%-os hatásfokkal működnek, érzékenyek a túltöltésre és a 0%-os töltöttségi szintre, illetve gyengén teljesítenek nagyon hideg vagy forró környezetben. Azt sem válik előnyükre, hogy mérgező, környezetre káros vegyszereket tartalmaznak és tűzveszélyesek, mivel az egyes akkumulátorok szélsőséges körülmények között, vagy fizikai sérülés következtében felrobbanhatnak. Ugyanakkor kétségkívül a javukra írandó, hogy az akkumulátorok kevésbé szivárognak.

Kijelenthetjük tehát, hogy az akkumulátoroknak és az ultrakondenzátoroknak egyaránt megvan a maguk felhasználási területe, és tulajdonképpen egymást kiegészítő technológiákról van szó, amelyek számos hálózati, autóipari és közlekedési megoldást tesznek közösen elérhetővé. Köszönhetően annak,

hogy az akkumulátorok biztosítják az energiát hosszú távon, az ultrakondenzátorok pedig gondoskodnak a magas csúcsteljesítményről és a gyors reagálásról.

Első a szabályozás

Mindenekelőtt azonban az energiatárolási innovációk piacra lépését, mint minden más területen a jogi, szabályozói környezet befolyásolja elsősorban. Globális szinten zajlik a verseny ebben a szegmensben, és Európa szempontjából sok minden azon múlik, hogy kontinens képes-e időben, kellő gyorsasággal meghozni a legfontosabb döntéséket az akkumulátoriparra vonatkozóan. Hovatovább azért is, mert bármilyen időveszteség hátráltatná a tiszta és etikus alapokon működő akkumulátor-ellátási lánc kialakítását Európa szerte, valamint veszélybe sodorná a zéró kibocsátású közlekedésre való átállás tervezett menetét is. Jelenleg az EIT InnoEnergy[2] támogatását maguk mellett tudva számos európai energetikai startup, vállalat vezetője dolgozik azon, hogy az új, uniós akkumulátortörvény[3 ] kapcsán mielőbb az egész iparágat megnyugtató konszenzusra jussanak törvényalkotókkal. Az egyeztetések kiemelt témái közé az akkumulátorok karbonlábnyomának csökkentését célzó szabályozás; továbbá a környezetvédelmet és az emberi jogokat érintő visszaéléseket kimutató, az akkumulátor ipari értéklánc teljes hosszában megvalósuló kötelező ellenőrzés bevezetése; valamint az akkumulátorok teljesítményére és tartósságára vonatkozó követelményrendszer életbe léptetését érintik. Nem szabad ugyanis egyik oldalon sem elfelejteni azt, hogy a jogi keretek meghatározásának esetleges késedelme attól fosztaná meg a fiatal európai akkumulátoripart, hogy az lépéselőnybe kerüljön azokkal a nagyobb múltra visszatekintő, más kontinenseken működő iparági szereplőkkel szemben, amelyek számos kihívással küzdenek a fenntarthatóság, vagy a társadalmi felelősségvállalás terén.

Az energiatárolás űrtechnológiája már a kezünkben van

Miközben a szabályozási, jogi oldalról sok a restanciánk európai-szinten, addig az innovációk rakétasebességre kapcsoltak az energiatárolást érintően. Mind az ultrakondenzátorok, mind az akkumulátorok területén folyamatosan érkeznek az új fejlesztések, megoldások.

Ennek köszönhetően például a Magyarországra idén tavasszal érkező észt startup, az ultrakondenzátoros tárolók fejlesztésével és gyártásával foglalkozó Skeleton Technologies[4] a 

közelmúltban új grafén szuperkondenzátorokat és modulokat vezetett be a piacra. A szuperkondenzátor-cellák és modulok hatalmas ugrást jelentenek az energiasűrűség terén, amelyek lehetővé teszik a nagy energiaigényű alkalmazások, berendezések élettartamának növelését és biztosítják a szünetmentes üzemeltetésüket.

A SkelCap SCX5000 cella, a hálózati és ipari alkalmazási területekre fejlesztett SkelMod 162V 92F modul és a SkelMod 54V 277F modul mostani bevezetéssel, az optimális teljesítmény/ár arány révén elsősorban az akkumulátorpiac nagy teljesítményű szegmensébe tartozó alkalmazások járnak jól. Az új termékek különösen hasznosnak bizonyulhatnak a lítium-ion akkumulátorokkal és üzemanyagcellákkal való hibridizáció területén. Mindezek mellett kisebb mennyiségben is hosszabb használati időt tesznek lehetővé, ami praktikus lehet a megújuló, hálózati, ipari és közlekedési alkalmazások szempontjából.

A teljesítménymutatók komoly előrelépésről tanúskodnak. Az SCX5000 3,0 V-os cella energiasűrűsége például 16 Wh/l, ami 72%-os növekedést jelent az azonos formájú SkelCap SCA3200 cellához képest. A cella alacsony ellenállása kisebb feszültségkiesést és teljesítményveszteséget eredményez. A szuperkondenzátorok energiasűrűségét illetően, az iparág kialakulása óta nem volt tapasztalható hasonló ugrás, különös tekintettel arra, hogy az elmúlt 20 évben az energiasűrűségi paraméterek mindvégig 10Wh/l alatt maradtak.

Magyarország a rajtvonalon

2025-ig hozzávetőleg 800 000 dolgozó betanítására, továbbképzésére vagy átképzésére lesz szükség annak érdekében, hogy Európa megőrizhesse vezető pozícióját az e-mobilitási piacon. Ebben a folyamatban Magyarországra is kiemelt szerep vár, miután a tavaly elfogadott Nemzeti Akkumulátor Iparági Stratégia egyik fő célkitűzése is az, hogy hazánk 2030-ig európai akkumulátor-értéklánc egyik központjává válhasson[5]. Azt, hogy ezt elérjük, tartóssá fejlesszük szükség van olyan nemzetközileg sikeres vállalatok hazai bevezetésére is, mint a magyar piacra is belépő Skeleton Technologies[6], amely több millió eurót invesztál a nagy hatásfokú szuperkondenzátoraiba, valamint a néhány másodperc alatt feltölthető, illetve újratölthető energiatároló megoldások fejlesztésébe. Ezeknek köszönhetően pedig hazánkban is elérhetővé válnak a szünetmentes üzemeltetés legmodernebb megoldásai és ezzel az energiatárolás, energiabiztonság terén is hatalmas technológiai ugrást könyvelhetnek el a magas teljesítményigényű berendezéseket működtető iparágakban jelen lévő vállalatok, intézmények és más felhasználók.

[1] Szakmai körökben a szuperkapacitás, az ultrakapacitás, a szuperkondenzátor, az ultrakondenzátor elnevezéseket egymás szinonimájaként használják és az eltérő nyelvterületeken egyik, vagy a másik prioritást élvezhet.

[2] Az EIT InnoEnergy a fenntartható energetika innovációs központjaként az energiaátállás elkötelezett támogatója, biztosítva a zöld megállapodás és az európai dekarbonizációs célkitűzések eléréséhez szükséges technológiákat, valamint készségeket.

Köszönhetően széles portfóliójának, az EIT InnoEnergy 2020-ban a világ egyik legaktívabb fenntartható energetikai beruházója volt, külön érdekeltséggel a klímatechnológia és megújulóenergia-technológia területén. Nemcsak az energiatárolás, hanem a közlekedés, a mobilitás, a megújuló energiaforrások, továbbá a fenntartható épületek és városok fejlesztésére is gondot fordít - építve a több mint 500 partnert és 27 részvényest számláló, megbízható ökoszisztémájának előnyeire. A portfóliójába tartozó 300 vállalata révén pedig 2030-ig 72,8 milliárd eurós bevételre tehet szert, és évente 1,1 giga tonna kibocsátást takaríthat meg, szén-dioxid-egyenértékre átszámítva.

Az EIT InnoEnergy egyben három stratégiai fontosságú európai kezdeményezés hajtómotorjának is számít, így az Európai Akkumulátorszövetségnek (European Battery Alliance, EBA), az Európai Zöld Hidrogén Támogató Központnak (European Green Hydrogen Acceleration Centre, EGHAC) és az Európai Szolár Kezdeményezésnek (European Solar Initiative, ESI).

A 2010-ben alapított és az Európai Innovációs és Technológiai Intézet (EIT) támogatásával működő EIT InnoEnergy Európa szerte, valamint az Egyesült Államokban, Bostonban is rendelkezik irodákkal. www.innoenergy.com

[3] https://www.europarl.europa.eu/RegData/etudes/BRIE/2021/689337/EPRS_BRI(2021)

689337_EN.pdf

[4] A Skeleton Technologies egy német-észt startup, amely az ultrakondenzátoros tárolók (jelentős kapacitású energiatárolók) fejlesztésével és gyártásával foglalkozik.  Korábban elnyerte a legjobb startupnak járó díjat az Ecosummit London Awards európai zöld stratup-versenyen. A termékeiket alkalmazzák az autóiparban, a légi közlekedésben és az űrhajózásban is.

[5] https://greenbrother.hu/blog/hu-hu/2021/11/30/palkovics-laszlo-a-magyar-akkumulatoripari-kepzes-fejleszteserol-irt-ala-megallapodast

[6] A Skeleton Technologies magyarországi piacra lépését az InNow Interreg Central Europe program, az EIT Urban Mobility, és az EIT InnoEnergy társ-finanszírozásában működő Green Brother biztosítja.