Gyors reagálású kisegítőt kaphatnak az akkumulátorok

Legrövidebb út a megújuló energia felhasználásához a villamos energia tárolása, gyors leadása és felvétele. Ezek iránti igények folyamatos növekedése miatt napjainkban egyre nagyobb hangsúly helyeződik az ultrakapacitások  alkalmazására, amelyek az akkumulátorokkal együtt használva 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 ultrakapacitások pedig gondoskodnak a magas csúcsteljesítményről és a gyors reagálásról.

Ultrakapacitások 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: az akkumulátor vegyi úton, az ultrakondenzátor pedig töltések formájában képes tárolni az energiát. Az ultrakondenzátor tehát a gyors energia betárolási képességéről ismert. Elsősorban a magas energiasűrűség (16 Wh/l) jellemzi őket, mindezek mellet az ultrakondenzátorok képesek rövid időn belül áramot biztosítani. (ideális esetben ez néhány ms-től 10 másodpercen belüli intervallumban történik). 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 miutánnagyon alacsony belső ellenállással rendelkeznek (néhány tized milliΩ), közel 100%-os hatásfokkal működnek, de ez csak egymást követő töltés kisütés esetében értelmezhető. Nem utolsó szempont az sem a velük való tervezés során, hogy lényegesen könnyebbek, mint az akkumulátorok és jól tűrik az extrém hőmérsékleteket. Teljesítő képessége még ‒40 fokon is megközelíti a normál hőmérsékleti tartományban jellemző paramétereket, miközben nem tartalmaz káros vegyszereket vagy mérgező fémeket, így nem tűzveszélyes és nem is robban fel. Ugyanakkor az sem titok, hogy hajlamos az önkisülésre, ezért használaton kívül képes lemerülni. Az ultrakondenzátorokkal ellentétben az akkumulátorok lassú energiatárolóknak minősülnek, és jóval alacsonyabb 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 időigény összefügg az akkumulátor méretével, típusával is. Az alkalmazott gyorstöltési technológiák ennek köszönhetően lerövidítik az akkumulátorok élettartamát. A felhasználási esetek többségében nem lehet panasz, mert az 2000-5000 töltési/kisütési ciklus között mozog, amely a karbantartás módjától és az akkumulátor típusától függően némileg még magasabb is lehet. 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 hajlandóak az önkisülésre. Kijelenthetjük tehát, hogy az akkumulátoroknak és az ultrakapacitásoknak 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

Az energiatárolási innovációk piacát, mint sok más piachoz hasonlóan a jogi szabályozói környezet erőteljesen befolyásolja. 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: például, hogy ne csak tiszta energiát tároljunk, de maga az energia tárolók előállítása is tiszta megújuló energiaforrásból valósuljon meg. Jelenleg az EIT InnoEnergy2 támogatását maguk mellett tudva számos európai energetikai innovatív vállalat dolgozik azon, hogy az új, uniós akkumulátortörvény3 kapcsán mielőbb az egész iparágat megnyugtató konszenzusra jussanak a 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

iközben a szabályozási, jogi tekintetben számos restanciája van Európának, addig az energiatárolási innovációk diktálják az iramot. Mind az ultrakondenzátorok, mind az akkumulátorok területén folyamatosan érkeznek az új fejlesztések, technológiai megoldások. Ennek köszönhetően például a Magyarországra idén érkező észt innovatív vállalat, az ultrakondenzátoros tárolók fejlesztésével és gyártásával foglalkozó Skeleton Technologies4 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 alkalmazásokban való használatát, 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 különösenhasznosnak bizonyulhatnak a lítium-ion akkumulátorokkal és üzemanyagcellákkal való hibridizáció területén, mert hosszabb akkumulátor használati időt tesznek lehetővé, ami praktikus lehet a megújuló, hálózati, ipari és közlekedési alkalmazások szempontjából. A teljesítménymutatók komoly előre lepésről 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

Kontinensünkön 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. Annak érdekében, hogy tartós eredményt érjünk el szükség van hazai akkumulátor ipari értéklánc és olyan nemzetközileg sikeres vállalatok integrációjára is, mint a magyar piacra is belépő Skeleton Technologies. Ennek 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 alkalmazó iparágakban működő vállalatok, intézmények és más felhasználók. „A Skeleton Technologies magyarországi piacra lépését az EIT InnoEnergy társ-finanszírozásában működő Green Brother biztosítja”.

Az ammónia, mint potenciális energiahordozó

Növekszik az ammónia, mint energiahordozó iránt az érdeklődés. Ez magában foglalja a zöld ammóniát, mint CO2-mentes üzemanyagot az óceánjáró hajók számára, az erőművi felhasználást, vagy hidrogén hordozóként való alkalmazást. Az ammónia könnyen cseppfolyósítható és 50% -kal több hidrogén van egy ammóniatartályban, mintha folyékony hidrogén lenne abban. A globális ammóniatermelés ma a teljes végső energiafogyasztás mintegy 2%-át (8,6 EJ) teszi ki. Az ammóniát szinte kizárólag fosszilis tüzelőanyagokból állítják elő. Az ammónia nagy részét földgáz bázison termelik, de Kínában szén bázisú gyártás van és a világ termelésének mintegy egyharmadát teszi ez ki. Ökölszabályként elmondható, a fajlagos energiafelhasználás 1 tonna ammónia előállításához a gázgőz-metánreformálási folyamatban ~28 GJ/t, míg egy széngázosítási folyamatban ~42 GJ/t. A ”zöld” ammónia mai ára 720 USD/t a jó nap- és szélenergiaerőforrásokkal rendelkező helyeken. Ez a költség már a mai ammónia piaci – 1 000 USD/t felett – ára alatt van, és az elkövetkező években várhatóan a felére csökken, mivel a zöld hidrogén ára a prognózisok szerint 2050-re tovább csökken, elérve a 310 USD/t és 610 USD/t közötti tartományt. Forrás: energypost.eu

Authors: Dervalics Ákos, Karakas Adrian 

***

References:

1.Szakmai körökben az ultrakapicitor, szuperkapacitor, 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 több mint 200 millió EUR befektetéssel növekvő Skeleton Technologies egy 2009-ben alapított német-észt vállalkozás, amely az ultrakondenzátoros tárolók (jelentős kapacitású energiatárolók) fejlesztésével és gyártásával foglalkozik. Korábban elnyerte a legjobb startupnak járó díjat az Ecosummit London Awards-on. A termékeiket alkalmazzák az autóiparba