Cink
Az elmúlt hét évben 110 afrikai és ázsiai falu kapott áramot cinket és oxigént használó akkumulátorokból, amelyek az arizonai székhelyű NantEnergy által kifejlesztett energiatároló rendszer alapját képezik.
A cink bőséges készlete, alapvető stabilitása és alacsony ára miatt vonzó alternatívája a lítiumnak, de eddig csak kevés kísérlet történt arra, hogy kereskedelmi szempontból is életképes legyen. A NantEnergy cink-levegő akkumulátor-rendszere egy második elektródát helyettesít egy olyan elektródával, amely “levegőt lélegzik”, és a légkör oxigénjét használja fel a cink energiájának kinyerésére.
A Lux Research által közzétett jelentés szerint “a cink-levegő jól alkalmazható vegyület a mikrohálózatok számára, mivel olcsó energiatárolási megoldást kínál. Az áramlásos akkumulátorok nehezen méretezhetők le egy tipikus mikrohálózat méretére, és a lítium-ionos akkumulátorok nem versenyeznek az árukkal.”
Fontos, hogy a NantEnergy kifejlesztett egy olyan technikát is, amely lehetővé teszi, hogy a cink hosszabb ideig megőrizze a töltését, ami megoldja a cink és a cink-levegő akkumulátorok korlátozott újrafelhasználhatóságának szokásos problémáját. A vállalat szerint ez a módszer ritka vagy drága anyagok nélkül, helyben gyártható, csökkentve ezzel az importtól való függőséget, hozzájárulva a munkahelyteremtéshez és a helyi gazdasághoz.
A cink-levegő akkumulátorok emellett nem tartalmaznak mérgező vegyületeket, és nem erősen reaktívak és nem gyúlékonyak, így újrahasznosíthatók és biztonságosan ártalmatlaníthatók.
Míg azonban a cink a Föld egyik legnagyobb mennyiségben előforduló fémje, a lítium alternatívájaként való széles körű felhasználása a jövőben problémákat okozhat. Sri Narayan, a Dél-kaliforniai Egyetem vegyészprofesszora a New York Timesnak elmondta: “A cinktermelés jelenlegi üteme mellett a cinkkészletek körülbelül 25 évre elegendőek.”
“A rendelkezésre álló tartalékok alapján tehát nem egyértelmű, hogy lesz-e elegendő cinkünk ahhoz a hatalmas igényhez, amely a hálózati méretű akkumulátorok iránti keresletből adódik majd.”
Nátrium-kén
A lítium másik alternatívája a nátrium-kén akkumulátorok, amelyeket már jelentős mértékben alkalmaznak a világ különböző pontjain.”
2019 februárjában Abu Dhabi telepítette a világ legnagyobb tároló akkumulátorát, amely nátrium-kén akkumulátorcellákat használ. Ötször nagyobb, mint a második legnagyobb tároló akkumulátor, 108 megawatt (MW)/ 648 megawattóra (MWh).
A nátrium-kén akkumulátorok élettartama hosszabb, mint lítium-ionos társaiké, körülbelül 15 év, szemben a lítium akkumulátoroktól elvárt két-három évvel. A nátrium és a kén ráadásul bőséges és olcsó anyagok, ami enyhíti a lítium akkumulátorok egyik fő problémáját.
A nátrium és a kén kezelése azonban kockázatokat rejt magában a két reaktáns illékony jellege miatt. A légkörben lévő vízzel érintkező folyékony nátrium jelentős kockázatot jelent az erősen exoterm reakció miatt, amely robbanásveszélyessé válhat, ha méretarányosan dolgozunk.
A nátrium-kénes akkumulátorgyárak és az azokat használó létesítmények számos tűzeset helyszínei voltak, mint például a japán Tsukuba üzemben 2011-ben bekövetkezett tűz, amely miatt a gyártó NGK ideiglenesen felfüggesztette nátrium-kénes akkumulátorainak gyártását.
A nátrium-kénes akkumulátorok másik hátránya a magas, 300 °C-os üzemi hőmérséklet, amely a nátrium cseppfolyósításához szükséges. Ez a magas hőmérséklet károsíthatja az akkumulátor anód- és katódkomponenseit elválasztó kerámiamembránt, és súlyosbíthatja az akkumulátorokban lévő reaktánsok illékonyságát is.
Hidrogén üzemanyagcellák
A hidrogént számos energetikai vállalat a cseppfolyósított földgáz szén-dioxid-semleges alternatívájaként hirdeti, és a hidrogén üzemanyagcellákat a hagyományos lítium akkumulátorok alternatívájaként is fejlesztik.
A hidrogén üzemanyagcellák energia/tömeg aránya tízszer nagyobb, mint a lítium akkumulátoroké, köszönhetően annak, hogy hidrogén és oxigén a reaktánsok. Ez azt jelenti, hogy a hidrogén üzemanyagcellák könnyebbek lehetnek és kisebb helyet foglalhatnak el, miközben a lítium akkumulátorokkal megegyező teljesítményt nyújtanak, és ezzel erőforrásokat takarítanak meg.
A hidrogén rendkívül bőséges a légkörben, így vonzó alternatívája az olyan korlátozottan rendelkezésre álló anyagoknak, mint a lítium vagy a cink.
A hidrogén üzemanyagcellák hatótávolsága is nagyobb, mint a lítium akkumulátoroké, és az energiatermelési folyamat során csak vizet és hőt termelnek, ami a hagyományos akkumulátorokhoz képest hatékony és szén-dioxid-semleges energiaforrást jelent.
Az akkumulátorok (és az általuk működtetett eszközök) gyártási folyamatai során szén-dioxid kerül a légkörbe, ez a hatás azonban mérsékelhető a folyamatok megújuló energiaforrásokkal történő működtetésével. A hidrogén akkumulátorok előállításához kevesebb szén-dioxidot használnak fel, mint a lítium akkumulátorok, mivel nem igényel energiaigényes bányászati erőfeszítéseket.
A hidrogén üzemanyagcellák azonban viszonylag új technológia, és megvannak a maguk hátrányai.
A nátriumhoz hasonlóan a hidrogén is nagyon gyúlékony, és robbanásveszélyes reakciót válthat ki, ha nem megfelelően kezelik. Az üzemanyagcellák hőmérsékletének mérséklése fontos az illékony reakciók elkerülése érdekében, valamint azért, mert az üzemanyagcellák működéséhez folyékony vízre van szükség, szemben a gőzzel vagy jéggel.
A hidrogén tárolása drága és energiaigényes, mind gázként, mind alacsony hőmérsékleten folyadékként tárolva. A légkörben való bősége ellenére a hidrogén előállítása és szállítása is nehéz és költséges, különösen nagy mennyiségben.