Iako bi već sada dostupna solarna energija u mnogim zemljama mogla da pokrije značajan deo potrebe za električnom energijom, postoje određeni izazovi u vezi sa ovim izvorom. Solarna energije nije uvek u istoj meri dostupna. Recimo, u letnjim mesecima je ima više nego što je potrebno, dok je u zimskim ima manje zato što su ređi sunčani dani, a i sunce ranije zalazi.
Na primeru Švajcarske, solarna energije mogla bi da pokrije više od 40 odsto potreba za električnom energijom do 2050. godine, ali ostaje izazov njeno skladištenje. Dakle, iako postoji višak solarne energije tokom leta, ona ne može da bude dostupna zimi kada je najpotrebnija.
Zbog toga se kao rešenje predlaže da se višak solarne energije tokom leta koristi za proizvodnju vodonika, koji bi se zatim skladištio i koristio tokom zime. Razlog za tako rešenje jeste taj što vodonik može da se koristi za proizvodnju električne i toplotne energije. Ipak, i skladištenje vodonika predstavlja izazov za sebe. On je izuzetno zapaljiv, lako se širi i materijale može da čini krhkim. Za njegovo skladištenje potrebni su posebni rezervoari pod visokim pritiskom, a potrebna je i tehnologija hlađenja, koja je skupa i energetski intenzivna. Na kraju, on vodonik je takvih karakteristika da može da prolazi kroz materijale i da dođe do curenja, što može da izazove probleme po životnu sredinu i dodatne troškove za zaustavljanje njegovog curenja.
Istraživači sa švajcarskog tehničkog univerziteta – ETH u Cirihu predvođeni Wendelinom Starkom, profesorom funkcionalnih materijala na Odeljenju za hemiju i primenjene biosisteme, razvili su novu tehnologiju za sezonsko skladištenje vodonika koja je mnogo sigurnija i jeftinija od postojećih rešenja. Ono u sebe uključuje korišćenje četvrtog najrasprostranjenijeg elementa na Zemlji – gvožđe, kao i proces steam-iron, koji je poznat još od 19. veka.
Steam-iron proces koristi gvožđe za skladištenje i oslobađanje vodonika, omogućavajući efikasno čuvanje energije. Kada tokom leta postoji višak solarne energije, ona se koristi za elektrolizu vode i dobijanje vodonika. Ovaj vodonik se uvodi u reaktor ispunjen gvožđe oksidom. Tamo vodonik reaguje sa gvožđe oksidom, uklanjajući kiseonik i ostavljajući elementalno gvožđe i vodu. Na taj način se energija iz vodonika skladišti u obliku gvožđa.
Pročitajte još:
- Nove toplotne baterije mogle bi efikasnije da skladište obnovljivu energiju
- Proizvodnja vodonika iz stena bogatih gvožđem bez emitovanja ugljen-dioksida?
- Kamioni na vodonik budućnost transporta robe
Tokom zime, kada dođe do potrebe za energijom, proces se obrće. Naime, para se uvodi u reaktor i reaguje sa gvožđem, pretvarajući ga nazad u gvožđe oksid, dok se oslobađa vodonik. Ovaj vodonik zatim može da se koristi za proizvodnju električne ili toplotne energije.
Prednost ovog procesa je što koristi jeftin i lako dostupan materijal, gvožđe, i omogućava dugotrajno skladištenje energije sa minimalnim gubicima. Iako proces nije savršeno efikasan, predstavlja inovativan način za korišćenje solarne energije tokom zime.
„Ovaj hemijski proces je sličan punjenju baterije. To znači da se energija u vodoniku može skladištiti kao gvožđe i voda tokom dugih perioda sa gotovo nikakvim gubicima’’, objašnjavaju istaživači.
Kako objašnjavaju, reaktor u kojem se odvija reakcija ne mora da ispunjava posebne sigurnosne zahteve. On se sastoji od zidova od nerđajućeg čelika debljine samo šest milimetara, a reakcija se odvija pri normalnom pritisku, dok se kapacitet skladišta povećava sa svakim ciklusom.
Ipak, glavni nedostatak korišćenja vodonika ostaje njegova niska efikasnost, zato što se do 60 odsto energije gubi tokom proizvodnje i konverzije. To znači da je vodonik privlačan kao sredstvo za skladištenje energije samo kada su dostupni viškovi vetra ili solarne energije i kada druge opcije nisu moguće.
Pilot postrojenje na kampusu Hönggerberg, jednom od dva glavna kampusa ETH-a, već pokazuje tehničku izvodljivost ove tehnologije, sa planovima da se do 2026. pokrije jedna petina zimskih energetskih potreba kampusa koristeći skladišteni vodonik iz solarne energije dobijene leti.
