Průtokové baterie před prahem singularity: část 2

Václav Diopan - 10 Duben 2019

Ve včerejším obsáhlém článku jsme nakousli problematiku průtokových redox flow baterií a jejich vývoje. Dnes přinášíme dokončení článku.Průtoková redox flow baterie Energypod

Bezmembránová Zn-Br baterie EnergyPod 2 společnosti Primus Power sídlící v Silicon Valley.
foto: Primus Power

Šokující nezdar jménem Regenesys

Projekt připravovaný na Britských ostrovech měl tu moc odstartovat revoluci v zařízeních pro balancování rozvodné soustavy, ale smolnou shodou okolností selhal před tím, než bylo možné v praxi získat skutečné ekonomické ukazatele a vyřknout rozsudek.

Firma ovládaná společností Innogy vyvinula průtokovou baterii pod ochrannou známkou Regenesys. Představila ji jako regenerující palivový článek. Baterie využívala reaktanty polysulfid sodný/bromid sodný a vycházela z patentu z roku 1984.

Testovaný vzorek v Aberthaw ve Walesu fungoval perfektně a nic nebránilo dalšímu kroku, jimž bylo úložiště s odvážnými parametry 120 MWh/15 MW za 40 milionu dolarů. Růst začalo u elektrárny na území britské obce Little Barford.

V roce 2003 měl Regenesys blízko k triumfu, na který se už čekalo, aby byl zopakován na dalších místech po světě. Rok na to byl však projekt náhle zastaven.

Z tiskového prohlášení lze vydedukovat, že při přechodu na větší měřítko se objevily technické nesnáze, které by bylo možné překonat, kdyby se do řešení vložily peníze, což nový německý vlastník společnost RWE odmítl.

Utnutí financování těsně před cílem byla šokující smrtelná rána pro průlomovou technologii, co ukázala záda všem svým sourozencům. Slibný sled událostí vystřídalo memento neúspěchu.

Celý směr průtokových článků poznamenalo stigma, které nahlodávalo mysl případných investorů pochybnostmi o jejich životaschopnosti. Samotné ztroskotání Regenesys zastavilo pokrok. Výsledek neochoty nejspíš ale také odradil ty, jež mohli navázat a pokračovat.

RWE se po prvotním nezájmu podařilo duševní vlastnictví vydobyté patnáctiletým výzkumem s celkovými náklady 100 milionů liber prodat firmě VRB energy. Společnost v názvu odkazuje na vanadovou průtokovou baterii a tu také upřednostnila a nyní v čínské provincii Hubei dokončila první fázi významného projektu.

Zklamání z nečekaného nezdaru zavládlo rovněž na druhé straně Atlantiku. Paralelně s Brity tam federální korporace Tennessee Valley Authority budovala zcela identické zařízení Regenesys. Už bylo z 85 % hotové, když přišla studená sprcha.

Americká strana Regenesys důvěřovala a hodně ho chtěla. I po krachu doufala v dokončení. Nakonec ji muselo stačit, že RWE vrátila 15 milionů dolarů z 36 investovaných.

Budoucnost patří vanadové baterii

Důležitější kapitola, jelikož neskončila ve slepé uličce, se započala psát na akademické půdě Univerzity Nového Jižního Walesu v Austrálii. V osmdesátých letech tam postavili první prototyp vanadové redoxní průtokové baterie (VRFB).

Ta využívá na rozdíl od jiných článků pouze jediný aktivní prvek. Vanad nabývá širokého rozmezí oxidačních stupňů, a proto zastane obě elektrodové reakce, při nichž u katody cykluje mezi čtyřmocnou a pětimocnou zatímco u anody mezi dvojmocnou a trojmocnou formou.

Od zrození koncept urazil obrovský kus cesty směrem k provozně přívětivému řešení. Roky výzkumů zlepšily mnoho nedokonalostí. Například se podařilo zlepšit rozpustnost solí vanadu v elektrolytu. Koncentrovanější roztok přispěl k nárůstu uchované energie z 12-20 Wh/l na 35-70 Wh/l. Upravené složení zároveň rozšířilo i operační teplotu.

Z počtu publikací vyplývá, že VRFB jsou nejpopulárnějším průtokovým systémem. Zabývá se jím nebo ho podporuje mnoho institucí, organizací a společností s centry po celém světě. Zkrátka je široce přijímán jako ideální vítěz, kterému patří budoucnost.

Nástup průtokových baterií má zpoždění

Prognostici ze společnosti pro průzkum trhu IDTechEx očekávají v roce 2028 obchodování s průtokovými články v hodnotě 4,5 miliardy dolarů. Nicméně technologie již měla dostatek času a příležitostí, dokázat svou užitečnost, a proto se nelze ubránit dojmu, že průtokové systémy mají výrazné zpoždění.

Maria Skyllas-Kazacos vynálezkyně vanadové redoxní průtokové baterie.

Maria Skyllas-Kazacos vynálezkyně vanadové redoxní průtokové baterie.
foto: Univerzita Nového Jižního Walesu

Možné důvody shrnula úžasná vědkyně Maria Skyllas-Kazacos, která stála za vynálezem vanadové baterie a v posledních dvacet pět let se věnovala jejímu zdokonalování.

Maria spatřuje zdroj současného optimistického pohledu a oživení komerčních aktivit v impulsu dodaného vypršením základního patentu na vanadovou baterii z roku 1986. Do skončení platnosti svazující právní ochrany v roce 2006 licenci získalo několik společností.

Po senzační celosvětové pozornosti a slávě vybuzené jediným novinovým článkem o technické novince podepsala univerzita v roce 1987 smlouvu s vlastníkem vanadových dolů v Austrálii. Co čert nechtěl, ten poté zemřel na infarkt a štafetu s jeho ideou po něm už nikdo nepřevzal.

Další příležitosti proniknout do komerční sféry se naskytly v devadesátých letech. Vrcholným výsledkem partnerství se soukromým sektorem bylo všudy všeho odzkoušení vanadové baterie jako záložního zdroje ponorky, její vložení do golfového vozíku a zapojení do solární instalace jednoho domu.

Za druhý podstatný důvod Maria pokládá odpor samotných provozovatelů obnovitelných zdrojů energie. Ti se podle ní báli, že kombinováním s průtokovými úložišti přijdou o část dotací vyplacených na jejich podporu.

Proto pokládá za dobré adresovat subvence přímo na úložiště, což se již běžně děje. Snad jako jediná je tato dotační praktika přínosná i pro všechny odběratele, neboť jim může přispět k zlevnění energie či alespoň zpomalení jejího růstu.

Průtokové baterie ve světě

Přehled o energetických skladech obsahuje veřejná globální databáze (energystorageexchange.org). Tato databáze eviduje na celém světě okolo 80 činných nebo k realizaci připravovaných průtokových úložišť s relativně rovnoměrnou distribucí mezi USA, Evropskou unii a asijské země. Lithium-iontových úložišť je tam ale o řád víc.

Z toho zaujímají vanadové baterie podílu 70 %. V Evropské unii a Japonsku je jejich zastoupení výlučné. V USA polovinu zabírají úložiště typu zinek-brom. Články stejného druhu převažují v Austrálii.

Přehled obsahuje mimo jiné záznam o dvou vanadových bateriích CellCube z České republiky. Jedna umístěná v Jihočeském technologickém parku (30 kW/130 kWh) a druhá v Hartmanicích v oblasti Národního parku Šumava. Tamější CellCube sbírá energii ze solárního panelu a větrné elektrárny. Slouží k nabíjení flotily elektrovozů pronajímaných návštěvníkům.

Vanadová redoxní průtoková baterie CellCube

Vanadová redoxní průtoková baterie CellCube
foto: Wikimedia commons, volné dílo

V posledních letech vzniklo mnoho firem dodávajících průtokové články s různými parametry na trh. Nicméně jako horní limit výrobci volí takové rozměry modulů, nádrží a elektroniky, které se vměstnají do přepravního kontejneru.

Kompletní zařízení pak vzniká na automatizované lince a snadno se přepravuje hotové na místo určení. K dosažení vytoužené kapacity lze celky v duchu modularity spojovat. Úložiště ve smyslu továrny či farmy kontejnerů se nevidí často. Přesto si plánovači uvědomují potřebu projektů převyšujících mikrolokální význam.

První taková vlaštovka zahnízdila na ostrově Hokkaidó. Místo s podstatným podílem obnovitelných zdrojů hostí od roku 2015 stále ještě největší průtokovou baterii na světě o kapacitě 60 MWh od stěžejního japonského hráče společnosti Sumitomo.

V zcela jiných dimenzích přemýšlí Čína. Chystá se v budoucnu zkrotit 300 GW z obnovitelných zdrojů a připravuje gigantické projekty, co ji s tím pomohou. Už v roce 2020 by měla zprovoznit největší vanadovou baterii na světě o výkonu 200 MW a kapacitě 800 MWh. Osvedčí-li se, bude to pro vanadovou technologii skvělá reklama předurčující další vývoj.

Pro zajímavost si tu demonstrujme monumentálnost projektu jinak než všichni ostatní a to pomocí množství potřebného vanadu. Jenom tohoto kovu bude muset být vytěženo z čínských bohatých zásob odhadem někde mezi 4800 až 6400 tun.

Na hvězdné obloze velkoleposti by mohlo zazářit Německo. Ne, že by potřebovalo na sebe upozorňovat. V přepočtu na rozlohu má patrně jednu z nejhustších sítí průtokových baterií, ale mezi nimi se nenachází žádný obr Titán. To může změnit unikátní nápad napustit elektrolyt do dvou jeskyní o objemu dvakrát sto tisíc kubíků.

Naprosto jedinečná by měla být i samotná redoxní technologie vyvinutá na Univerzitě Friedricha Schillera. Energii ponese totiž organický polymer a ne anorganické sůl. Nicméně organickou technology bude nejdříve nutné pořádně prověřit, než se začne s realizací.

Cena klesá

Masový zájem o průtoková zařízení podmiňuje pokles ceny. Její pád na přijatelnou úroveň 150 dolarů za kWh se očekává v následujícím roce. Nepřekvapivě jsou náklady na jednotku kapacity momentálně vyšší než u lithiových úložišť, ale rozdíl není propastný a v některých případech může být blízký nule.

Průtokové články obsahují čerpadla, jež zvyšují počáteční investici. Nicméně teorie říká, že náklady se vzrůstající kapacitou strměji rostou u lithiových akumulátorů, a tudíž by měly být průtokové systémy pro větší měřítka výhodnější.

Dále by při porovnání s akumulátorovými zdroji mělo být v analýze průtokových baterií zohledněná schopnost více než dvacetileté činnosti bez opotřebení, která může ospravedlnit vyšší pořizovací náklady.

Vanadová redoxní průtoková baterie CellCube

Každá ze čtyř forem vanadu vyskytující se ve vanadové baterii má jiné zbarvení. Řazeno podle vzrůstajícího oxidačního čísla.
foto: Wikimedia commons, volné dílo

Smysluplnost nejslibnější technologie sužuje jedna podstatná komplikace. Vanad jako přes kopírák trpí stejným problémem obvykle spojovaným s kobaltem.

Ačkoli ho zemská kůra ukrývá čtyřikrát více než kobaltu, je tento legující prvek dražší a po nárůstu jeho spotřeby hrozí navýšení ceny suroviny klidně v celistvých násobcích, k čemuž přechodně došlo v roce 2018.

Skutečně je to nepříjemná hrozba, protože se vanad podílí na nákladech baterie z 30-50 %. Pokud křivka komodity v grafu poroste k neakceptovatelným hodnotám, mohl by vanad vytěsnit levnější prvek.

Nejspíš úplně nejlevnější přijatelný adept je železo. Hojný kov dovede rovněž pokrýt redoxní reakce u kladné a záporné elektrody bez nutnosti kombinace s dalším elementem. Není to žádná iluze. Tento zázrak ochotně dodá komukoli společnost ESS z Portlandu.

Při prodeji uspěla třeba u německé BASF. Kdo by odolal ekologickému marketingu hlásajícímu, že kouzelné krabičce (kontejneru) stačí železo, kuchyňská sůl, voda a na 25 let je vystaráno.

Ušetřit se dá i na jiných komponentech článku. Drahé bývají iontově selektivní membrány. Badatelé ale objevili triky, jak se účasti zdánlivě nezbytné membrány vyhnout.

Primus Power již jedno takové kouzlo vězící v chemickém složení elektrolytu promítl do článku zinek-brom. Jejich materiálově úsporný EnergyPod navíc dovoluje s tímto vylepšením generovat elektrickou energii jen s jedním čerpadlem a jednou nádrží.

Závěr

Za celou historii pokusů jsou teď poprvé redoxní průtokové baterie po všech stránkách připraveny k zahájení ofenzívy. Snad se konečně zbavily smůly spojené s neochotou a dostanou šanci ukázat, zda se vyplatí přejít od exotických pilotních projektů k opravdové singularitě.

, University of Wales, energystorageexchange.org, primuspower.com, enervault.com, greentechmedia.com, vanadiumprice.com, DOI: 10.1038 / nature15746
Zpět na HybridPřidat komentář

Připadá mi to jako trochu lepší než vodík vs. Li baterky pro EV. Cena rozhodne. Ta účinnost baterie je smutná. To už ten jeřáb co zvedá a pak spouští cihly je na tom lépe. A tam žádná eko katastrofa nehrozí. Stejně tak přečerpávací elektrárny.

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Zatím drahé a objemné. 10 kWh za cca 200 000 Kč spoutaných v 500 litrech elektrolytu...
Takhle vypadá jedna ze dvou baterií v ČR (30kW/130kWh)
www tecka prokonzulta.cz/drazba/upusteno-maly-akumulator-gildemeister-cellcube-fb-30-130-kw-5072.htm

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Pokud by se jednalo o ten inovovaný "koncentrát", tak 10 kWh v cca 200 litrech elektrolytu. 50 km jízdy.

...zatím...

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

A kde je konec těm z nanoflowcell a jejich quantinu ?

Obrázek uživatele Kuk

Napiš jim.

---

Každej nahrazenej spalovák se počítá - Leave the oil in the soil and the coal in the hole. - Sekám a vysávám na baterky. // Jak vkládat odkazy bez registrace. Stačí vložit mezeru www. link.com www.freeghosn.com #freeghosn ‪#‎BasuraChallenge‬ ‪#‎trashtag‬

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Co jim mám napsat ?

Obrázek uživatele Kuk

No asi tu svou otázku "kde je konec těm nanoflowcell", snad si jim nechtěl psát milostnej dopis? Boha jeho :))))

---

Každej nahrazenej spalovák se počítá - Leave the oil in the soil and the coal in the hole. - Sekám a vysávám na baterky. // Jak vkládat odkazy bez registrace. Stačí vložit mezeru www. link.com www.freeghosn.com #freeghosn ‪#‎BasuraChallenge‬ ‪#‎trashtag‬

Obrázek uživatele Alien5

OFF : https://www.svethardware.cz/prvni-snimek-supermasivni-cerne-diry-uz-dnes/49108

---

Profesionální astronom. Česká astronomická společnost + http://www.hvezdarnamb.cz/
BOINC : https://www.czechnationalteam.cz

Obrázek uživatele Kuk

"V jeho srdci by měla být supermasivní černá díra o hmotnosti cca 4 milionů Sluncí, přičemž EHT ji samotnou samozřejmě nespatří"

další klikbajt :D

---

Každej nahrazenej spalovák se počítá - Leave the oil in the soil and the coal in the hole. - Sekám a vysávám na baterky. // Jak vkládat odkazy bez registrace. Stačí vložit mezeru www. link.com www.freeghosn.com #freeghosn ‪#‎BasuraChallenge‬ ‪#‎trashtag‬

Dobrý článek. O vanadových redoxních bateriích jsem věděl, a věděl jsem, že se buduje velké úložiště v Číně. Nevím, ale proč to tak dlouho trvá, Číňani jsou známí svojí rychlostí.
Máte nějaké údaje k té Fe-Fe baterii? Předpokládám, že jeden elektrolyt bude mít ionty Fe2+, druhý Fe3+ a co dál? Toxicita, hustota energie, provozní podmínky? Děkuji.

---

hariprasad

Zaregistrujte se a pište komentáře pohodlněji!

Jedná se hybridní baterii takže jsou tam přechody 0-II a III-II.
Popsána byla i nehybridní Fe-Fe s přechody v různých komplexech II-III a III-II, ale to je zatím jen zajímavost.

Ten kontejner co nabízí má 400 kWh, což není lepší ani horší, než jiné technologie a i provozní podmínky jsou podobné jiným. A z toxikologického hlediska to vypadá opravdu nezávadně.

Pro stacionární baterie by to mohla být dobrá volba. Levná, provozně nenákladná, netoxická a trvanlivá.

---

hariprasad

Obsah tohoto pole je soukromý a nebude veřejně zobrazen.
Standardní nastavení volby "Zasílání upozornění na email" můžete nastavit na stránce svého profilu.
Ochrana proti nevyžádaným příspěvkům
Absolováním testu nám pomáháte bojovat proti SPAMu. Děkujeme.

EVMapa.cz - mapa nabíjecích stanicNabíječky elektromobilů CircontrolAutonabíjení.cz - vše pro Váš elektromobilKariéra EVC Group
O ČEM SE PRÁVĚ DISKUTUJE?