Sinkki
Seitsemän viime vuoden aikana 110 kylää Afrikassa ja Aasiassa on saanut sähköä sinkkiä ja happea käyttävistä akuista, jotka ovat arizonalaisen NantEnergyn kehittämän energiavarastojärjestelmän perusta.
Sinkin runsas tarjonta, perustavanlaatuinen stabiilisuus ja alhaiset kustannukset tekivät siitä houkuttelevan vaihtoehdon litiumille, mutta ponnisteluja, joiden avulla sinkki voitaisiin saada mittakaavaltaan kaupallisesti kannattavaksi, on ollut vain vähän. NantEnergyn sinkki-ilma-akkujärjestelmässä toinen elektrodi korvataan toisella elektrodilla, joka ”hengittää ilmaa”, ja se käyttää ilmakehän happea sinkin energian talteenottoon.
Lux Researchin julkaiseman raportin mukaan ”sinkki-ilma soveltuu hyvin mikroverkoissa käytettäväksi kemikaaliksi, sillä se tarjoaa edullisen energiavarastointiratkaisun”. Virtausakkujen on vaikea skaalautua tyypillisen mikroverkon kokoon, eivätkä litiumioniakut kilpaile kustannuksilla.”
Tärkeää on myös se, että NantEnergy kehitti tekniikan, jonka avulla sinkki voi säilyttää varauksensa pitkiä aikoja, mikä ratkaisee sinkki- ja sinkki-ilma-akkujen tavanomaisen ongelman rajoitetusta uudelleenkäytettävyydestä. Yrityksen mukaan tämä menetelmä voidaan valmistaa paikallisesti ilman harvinaisia tai kalliita materiaaleja, mikä vähentää riippuvuutta tuonnista ja edistää työpaikkoja ja paikallistaloutta.
Sinkki-ilma-akut eivät myöskään sisällä myrkyllisiä yhdisteitä eivätkä ole erittäin reaktiivisia eivätkä syttyviä, joten ne voidaan kierrättää ja hävittää turvallisesti.
Sinkki on kuitenkin yksi maapallon runsaslukuisimmista metalleista, mutta sen käyttäminen laajamittaisesti litiumin vaihtoehtona voi tulevaisuudessa aiheuttaa ongelmia. Etelä-Kalifornian yliopiston kemian professori Sri Narayan kertoi New York Timesille: ”Nykyisellä sinkin tuotantovauhdilla sinkkivarannot riittävät noin 25 vuodeksi.”
”Käytettävissä olevien varantojen perusteella ei siis ole selvää, riittääkö sinkkiä siihen valtavaan tarpeeseen, joka syntyy sähköverkon mittakaavan akkujen kysynnästä.”
Natrium-rikki
Natrium-rikkiakut ovat toinen vaihtoehto litiumille, ja niitä on jo käytetty merkittävässä mittakaavassa kohteissa eri puolilla maailmaa.”
Helmikuussa 2019 Abu Dhabi asensi maailman suurimman varastointiakun, jossa hyödynnetään natrium-rikkiakkujen kennoja. Se on viisi kertaa suurempi kuin toiseksi suurin varastointiakku, 108 megawattia (MW)/ 648 megawattituntia (MWh).
Natrium-rikkiakkujen käyttöikä on pidempi kuin litiumioniakkujen, sillä niiden käyttöikä on noin 15 vuotta verrattuna litiumakkujen odotettavissa olevaan kahden tai kolmen vuoden käyttöikään. Natrium ja rikki ovat myös runsaita ja edullisia materiaaleja, mikä lieventää yhtä litiumakkujen suurimmista ongelmista.
Natriumin ja rikin käsittelyyn liittyy kuitenkin riskejä molempien reagoivien aineiden haihtuvuuden vuoksi. Nestemäisen natriumin joutuminen kosketuksiin ilmakehässä olevan veden kanssa aiheuttaa merkittävän riskin erittäin eksotermisen reaktion vuoksi, joka voi muuttua räjähdysalttiiksi, kun työskennellään mittakaavassa.
Natrium-rikkiparistotehtaissa ja niitä käyttävissä laitoksissa on sattunut useita tulipaloja, kuten vuonna 2011 Tsukuban tehtaalla Japanissa syttynyt tulipalo, joka sai valmistajan NGK:n keskeyttämään tilapäisesti natrium-rikkiparistojensa tuotannon.
Natrium-rikkiparistojen toinen haittapuoli on korkea käyttölämpötila 300 °C, joka tarvitaan natriumin nesteyttämiseen. Nämä korkeat lämpötilat voivat vahingoittaa akun anodi- ja katodikomponentit erottavaa keraamista kalvoa, ja ne voivat myös pahentaa akkujen reaktioaineiden haihtuvuutta.
Vetypolttokennot
Monet energiayhtiöt ovat mainostaneet vetyä hiilidioksidineutraalina vaihtoehtona nesteytetylle maakaasulle, ja vetypolttokennoja kehitetään myös perinteisten litiumakkujen vaihtoehdoksi.
Vetypolttokennojen energia/paino-suhde on kymmenkertaisesti suurempi kuin litiumakkujen, johtuen vetyä ja happea reagoivina aineina käyttävästä vedystä. Tämä tarkoittaa, että vetypolttokennot voivat olla kevyempiä ja mahtua pienempään tilaan samalla, kun ne tuottavat vastaavan tehon kuin litiumparistot, mikä säästää luonnonvaroja.
Vetyä on ilmakehässä erittäin runsaasti, mikä tekee siitä houkuttelevan vaihtoehdon materiaaleille, joiden saatavuus on rajallinen, kuten litiumille tai sinkille.
Vetypolttokennoilla on myös suurempi toimintasäde kuin litiumparistoilla, ja ne tuottavat vain vettä ja lämpöä osana energiantuotantoprosessia, mikä on perinteisiin akkuihin verrattuna tehokas ja hiilineutraali energialähde.
Akkujen (ja niiden käyttämien laitteiden) valmistusprosesseista vapautuu hiilidioksidia ilmakehään, mutta tätä vaikutusta voidaan lieventää, kun prosesseja käytetään uusiutuvilla energianlähteillä. Vetyakkujen valmistukseen kuluu myös vähemmän hiilidioksidia kuin litiumakkujen valmistukseen, koska ne eivät vaadi energiaintensiivistä kaivostoimintaa.
Vetypolttokennot ovat kuitenkin suhteellisen uusi teknologia, ja niillä on omat haittapuolensa.
Vetykennot ovat natriumin tapaan erittäin helposti syttyviä, ja vety voi reagoida räjähdysmäisesti, jos niitä ei käsitellä oikein. Polttokennojen lämpötilan säätely on tärkeää haihtuvien reaktioiden estämiseksi ja siksi, että polttokennot tarvitsevat toimiakseen nestemäistä vettä höyryn tai jään sijaan.
Vedyn varastointi on kallista ja energiaintensiivistä sekä kaasuna että varastoituna nesteenä alhaisissa lämpötiloissa. Vaikka vetyä on runsaasti ilmakehässä, sen tuottaminen ja kuljettaminen on myös vaikeaa ja kallista, erityisesti mittakaavassa.