Ultrahorúce batérie sú lacným riešením uskladňovania tepla a energie

Startup Antora Energy podporovaný Billom Gatesom sa chystá uviesť na trh modulárnu tepelnú batériu v kontajneroch, ktorá je navrhnutá tak, aby uskladňovala obnoviteľnú energiu za čo najnižšiu cenu a potom ju efektívne uvoľňovala ako elektrickú energiu alebo teplo pre priemyselné procesy. Už sme písali o „opekači tehál“, tepelných batériách spoločnosti Rondo, ktorá navrhuje takéto riešenie: využiť lacnú obnoviteľnú energiu na ohrev obyčajných starých hlinených tehál v izolovaných nádobách a potom túto energiu podľa potreby získať späť za približne jednu pätinu nákladov na chemickú batériu vo forme tepelnej energie, tzv. procesného tepla s teplotou až 1500 °C.

Rondo dúfa, že s využitím lacných a hojne dostupných materiálov sa mu podarí toto riešenie nasadiť v obrovskom rozsahu, pričom jeho cieľom je zníženie globálnych emisií CO2 o 15 % do 15 rokov. Antora verí, že jej systém na báze uhlíka by mohol byť ešte lacnejší a užitočnejší, pretože dokáže uskladňovať energiu pri teplote až 2000 °C, pričom zmení spôsob získavania energie, a to ako tepla, ale aj ako elektrickej energie prostredníctvom superúčinných termofotovoltických panelov. Ako odpadový produkt viacerých iných priemyselných procesov a bežný vstup do kovopriemyslu sú tieto uhlíkové bloky dostupné v prakticky neobmedzenom množstve prostredníctvom dobre zavedených dodávateľských reťazcov.

Patria k najlacnejším dostupným materiálom na hromadné skladovanie tepla s materiálovou cenou okolo 1 USD/kWh, čo je približne 50-krát lacnejšie ako lítiovo-iónové batérie. Sú netoxické a v pevnej forme nespôsobujú žiadne environmentálne problémy. Vysoká tepelná vodivosť a vysoká mechanická pevnosť, ktorá sa zvyšuje s vyššou teplotou, dáva pevnému uhlíku schopnosť rýchlo absorbovať veľké množstvo energie. Bloky zostávajú v pevnom stave pri teplote až 3000 °C, čo je približne dvojnásobok teploty, pri ktorej sa taví oceľ, čím sa obchádzajú mnohé problémy, ktoré sa vyskytujú pri roztavených soliach a iných kvapalných médiách na uskladnenie tepla. Vďaka vysokej hustote energie sa tieto uhlíkové bloky dajú ľahko prepravovať. 

Posledná výhoda extrémnej teplotnej stability uhlíka súvisí s prenosom tepla. Prenos sálavého tepla je úmerný teplote zdrojového objektu zvýšenej na štvrtú mocninu (T⁴), takže ak zdvojnásobíte teplotu, zvýšite prenos sálavého tepla 16-krát. Výsledkom je, že pri teplotách nad 1500 °C funguje prenos tepla úplne inak, ako sme zvyknutí pri izbovej teplote. Sálanie prevláda nad vedením a konvekciou. Napríklad pri teplote 2000 °C sa viac ako 99 % prenosu tepla uskutočňuje prostredníctvom žiarenia, nie vedením a konvekciou. Systém Antora teda využíva tepelnú žiaru z uhlíkových tehál pomocou svetelného žiarenia, čo je podľa generálneho riaditeľa spoločnosti Antora Andrewa Poneca „oveľa jednoduchšie, lacnejšie a spoľahlivejšie ako alternatívy“.

Ak chce zákazník získať energiu späť vo forme tepla, systém zohreje rúrky s parou, horúcim vzduchom alebo inou procesnou kvapalinou, ktorú možno rozviesť potrubím po zariadení všade tam, kde je teplo potrebné. Ak chce zákazník elektrickú energiu, Antora môže konvertovať teplo na jej dodávku pomocou upravených fotovoltických panelov podobných solárnym panelom. Spoločnosť používa termofotovoltický článok z arzenidu gália a india, ktorý vyvinul samostatný tím a ktorého účinnosť bola preukázaná na úrovni 38,8 % v článku uverejnenom v novembri minulého roka v časopise Joule

Antora už otvorila výrobný závod na tieto termofotovoltické články – najväčšiu takú továreň na svete s projektovanou kapacitou 2 MW článkov za rok. Pracuje na priemyselných projektoch v rozsahu 30 až 60 MW v celých Spojených štátoch, pričom očakáva, že inštalácie uhlíkových batérií budú v prevádzke od roku 2025. Uhlíkové tepelné batérie sú v kontajneroch, takže ich možno zostaviť v centrálnej továrni a jednoducho odoslať na miesto, kde si klienti môžu v modulárnej zostave nainštalovať toľko, koľko potrebujú.

Zdroj: newatlas.com.