Η ενεργειακή μετάβαση στο επίκεντρο: Πώς οι ηλεκτρολύτες και η αποθήκευση μπορούν να μειώσουν το κόστος!

Η ενεργειακή μετάβαση στο επίκεντρο: Πώς οι ηλεκτρολύτες και η αποθήκευση μπορούν να μειώσουν το κόστος!

Ερευνητικές ομάδες από το Πανεπιστήμιο Leibniz του Αννόβερου (LUH) και το Ινστιτούτο Έρευνας Ηλιακής Ενέργειας Hameln (ISFH) πραγματοποίησαν μια ολοκληρωμένη μελέτη σχετικά με τη χρήση ηλεκτρόλυσης και αποθήκευσης μπαταριών. Στόχος είναι να αναλυθεί η επίδραση αυτών των τεχνολογιών στο κόστος της ενεργειακής μετάβασης. Μία από τις μεγαλύτερες προκλήσεις είναι η προσαρμογή του ενεργειακού συστήματος στην κυμαινόμενη διαθεσιμότητα αιολικής και ηλιακής ενέργειας. Όταν υπάρχει μεγάλη διαθεσιμότητα ανέμου και ηλιακής ενέργειας, υπάρχει πλεόνασμα ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ σε περιόδους χαμηλής παραγωγής (σκοτεινές περιόδους) υπάρχει έλλειψη ενέργειας.

Η περίσσεια ηλεκτρικής ενέργειας μπορεί είτε να αποθηκευτεί σε αποθήκευση μπαταρίας είτε να μετατραπεί σε υδρογόνο μέσω ηλεκτρόλυσης. Αυτό το υδρογόνο χρησιμοποιείται κυρίως στη βιομηχανία. Ένα μοντέλο που αναπτύχθηκε ειδικά για αυτό το σκοπό είναι τώρα η βελτιστοποίηση του γερμανικού ενεργειακού συστήματος και ο καθορισμός της συμβολής των ηλεκτρολύσεων και της αποθήκευσης μπαταριών σε μια αποτελεσματική μετάβαση ενέργειας. Το βελτιστοποιημένο σενάριο δείχνει ότι οι ηλεκτρολύτες για την παραγωγή υδρογόνου θα πρέπει να βρίσκονται κυρίως στον θυελλώδη βόρειο τμήμα της Γερμανίας, ενώ η αποθήκευση μπαταριών είναι ομοιόμορφα κατανεμημένη σε όλη τη Γερμανία, με εστίαση στη νότια, όπου διατίθεται περισσότερη φωτοβολταϊκή ηλεκτρική ενέργεια.

Εξοικονόμηση κόστους και αυξημένη απόδοση

Οι προβλέψεις δείχνουν ότι περίπου το 35 τοις εκατό της ηλεκτρικής ενέργειας από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας θα πρέπει να αποθηκευτεί ή να μετατραπεί σε υδρογόνο έως το 2050. Η αποτυχία ανάληψης δράσης σε αυτόν τον τομέα θα μπορούσε να αυξήσει το συνολικό κόστος της ενεργειακής μετάβασης έως και 60 δισεκατομμύρια ευρώ. Η μελέτη, η οποία υποστηρίζεται οικονομικά από την EWE AG, παρέχει σημαντικά θεμέλια για τους υπεύθυνους λήψης αποφάσεων στην πολιτική και τις επιχειρήσεις για την επίτευξη αυτών των στόχων. Οι καθυστερήσεις στην επέκταση των μονάδων υδρογόνου και στην αποθήκευση μπορεί επίσης να καταστήσουν σημαντικά πιο δύσκολη την επίτευξη των κλιματικών στόχων.

Προκειμένου να διασφαλιστεί η αποδοτικότητα των ηλεκτρόλυσης, ένα συγκεκριμένο ποσοστό πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας είναι ζωτικής σημασίας. Σύμφωνα με το πρακτορείο ενεργειακών συμβούλων Novaro, το μερίδιο της πράσινης ηλεκτρικής ενέργειας σε ετήσια βάση είναι σήμερα 60 τοις εκατό, με το μερίδιο αυτό να είναι πάνω από 80 τοις εκατό σε 1.854 ώρες κατά την υπό εξέταση περίοδο. Ένας «νόμος για την επιτάχυνση του υδρογόνου» που εκπονείται αυτή τη στιγμή θέτει ένα όριο 80 τοις εκατό, το οποίο θεωρείται πολύ υψηλό. Το οικονομικό βέλτιστο για τη χρήση υδρογόνου είναι ένα όριο 70 τοις εκατό, το οποίο επιτρέπει στους ηλεκτρολύτες να λειτουργούν έως και 2.900 ώρες ετησίως.

Τεχνολογικές προκλήσεις της ηλεκτρόλυσης

Η ίδια η ηλεκτρόλυση, μια διαδικασία που διασπά τα μόρια του νερού σε άτομα υδρογόνου και οξυγόνου, αντιμετωπίζει σημαντικές προκλήσεις. Οι καταλύτες είναι απαραίτητοι για την έναρξη και την επιτάχυνση αυτής της διαδικασίας. Ωστόσο, οι προηγούμενες εξελίξεις σε αυτόν τον τομέα ήταν σε μεγάλο βαθμό ανεπιτυχείς, επομένως τα υλικά πρέπει να λειτουργούν υπό πραγματικές βιομηχανικές συνθήκες για τουλάχιστον δέκα χρόνια. Ο Δρ. Philipp Gerschel από το Πανεπιστήμιο του Ρουρ στο Μπόχουμ περιγράφει τις δυσκολίες στην επιλογή υλικών και στην ανάπτυξη κατάλληλων καταλυτών. Η καθ. Δρ. Doris Segets από το Πανεπιστήμιο του Duisburg-Essen τόνισε ιδιαίτερα την ανάγκη για μια ροή εργασίας για σύγκριση υλικών. Συνεργαζόμαστε με πολλά ιδρύματα για την ανάπτυξη νέων διεργασιών ηλεκτρόλυσης που μπορούν επίσης να κάνουν χωρίς πολύτιμα μέταλλα.

Αυτές οι εξελίξεις θα μπορούσαν να προωθήσουν περαιτέρω την έρευνα για τους καταλύτες και έτσι να επιτρέψουν την ευρεία παραγωγή ηλεκτρολυτών μέσα στα επόμενα δέκα χρόνια. Το έργο συνεργασίας περιλαμβάνει 18 ερευνητές από διάφορους κλάδους και ιδρύματα, συμπεριλαμβανομένου του Ινστιτούτου Max Planck για τη Μετατροπή Χημικής Ενέργειας.

Συνολικά, η τρέχουσα έρευνα δείχνει μια σαφή κατεύθυνση: η στοχευμένη χρήση ηλεκτρολυτών και αποθήκευσης μπαταριών είναι ζωτικής σημασίας για μια οικονομικά αποδοτική και βιώσιμη ενεργειακή μετάβαση. Η πλήρης μελέτη είναι διαθέσιμη στο διαδίκτυο και παρέχει πολύτιμες πληροφορίες για τη μελλοντική ενεργειακή πολιτική.

Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τις τρέχουσες εξελίξεις και την έρευνα, επισκεφθείτε τους παρακάτω συνδέσμους: Πανεπιστήμιο Leibniz Αννόβερο, Περιοδικό PV, και Fraunhofer UMSICHT.