Iako bi već sada dostupna solarna energija u mnogim zemljama mogla da pokrije značajan dio potrebe za električnom energijom, postoje određeni izazovi u vezi sa ovim izvorom. Solarna energija nije uvijek u istoj mjeri dostupna. Recimo, u ljetnjim mjesecima 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 primjeru 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 ljeta, ona ne može da bude dostupna zimi kada je najpotrebnija.
Zbog toga se kao rješenje predlaže da se višak solarne energije tokom ljeta koristi za proizvodnju vodonika, koji bi se zatim skladištio i koristio tokom zime. Razlog za ovo rješenje je taj što vodonik može da se koristi za proizvodnju električne i toplotne energije. Ipak, skladištenje vodonika predstavlja izazov samo po sebi. On je izuzetno zapaljiv, lako se širi i može da čini materijale 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, vodonik ima takve karakteristike da može prolaziti kroz materijale i uzrokovati curenje, što može izazvati 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 primijenjene biosisteme, razvili su novu tehnologiju za sezonsko skladištenje vodonika koja je mnogo sigurnija i jeftinija od postojećih rješenja. Ova tehnologija koristi četvrti najrasprostranjeniji element na Zemlji – gvožđe, kao i proces steam-iron, koji je poznat još od 19. vijeka.
Steam-iron proces koristi gvožđe za skladištenje i oslobađanje vodonika, omogućavajući efikasno čuvanje energije. Kada tokom ljeta 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:
- Kamioni na vodonik budućnost transporta roba
- Proizvodnja vodonika iz stijena bogatih željezom bez emisije ugljen-dioksida?
- Nove toplotne baterije mogle bi efikasnije da skladište obnovljivu energiju
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’’, kažu istaživači.
Kako objašnjavaju, reaktor u kojem se odvija reakcija ne mora ispunjavati posebne sigurnosne zahtjeve. On se sastoji od zidova od nerđajućeg čelika debljine samo šest milimetara, a reakcija se odvija pri normalnom pritisku, dok se kapacitet skladišta povećava s svakim ciklusom.
Ipak, glavni nedostatak korišćenja vodonika ostaje njegova niska efikasnost, budući da 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 vjetra 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, s planovima da se do 2026. godine pokrije jedna petina zimskih energetskih potreba kampusa koristeći skladišteni vodonik iz solarne energije dobijene tokom ljeta.
