Włosi potwierdzają wysoki potencjał baterii sodowo-morskich

Sód (Na) jest szeroko dostępnym pierwiastkiem. Można go ekstrahować z wody morskiej i wykorzystywać do budowy baterii sodowo-wodnej. Według włoskich badaczy wykorzystanie takich baterii jednocześnie umożliwiałoby sekwestrację ogromnych ilości dwutlenku węgla, przyczyniając się do ograniczenia emisji CO2.

Naukowcy z Uniwersytetu w Perugii i Uniwersytetu Rzymskiego (La Sapienza) zbadali potencjał baterii sodowo-wodnych (SWB, Sodium-Seawater Battery) pod kątem krótko- i długoterminowego stacjonarnego magazynowania energii. Magazynowanie odegra kluczową rolę w transformacji energetycznej i wypełnieniu zobowiązania Europy, aby do 2050 r. osiągnąć neutralność klimatyczną.

Produkcja energii ze źródeł odnawialnych (głównie elektrowni PV i wiatrowych) charakteryzuje się zmiennością, dlatego energia musi zostać częściowo zmagazynowana, aby mogła być efektywnie wykorzystywana w określonych momentach.

REKLAMA

Potencjał sodu

Obecnie najintensywniej rozwijana technologia magazynowania energii w bateriach litowo-jonowych może już niebawem zmierzyć się z brakiem podstawowych surowców do produkcji. Zapotrzebowanie na lit, kobalt i nikiel do zastosowania w bateriach do pojazdów elektrycznych (EV) może bowiem z czasem przekroczyć dzisiejszy popyt wielokrotnie. Z tego powodu poszukuje się rozwiązań alternatywnych, które będą wykorzystywać inne pierwiastki, a jednocześnie zapewnią proces produkcji baterii bardziej przyjazny dla środowiska.

Jednym z kandydatów jest sód (Na), którego szeroka dostępność jest bezdyskusyjna. Można go bowiem ekstrahować z wody morskiej, a następnie wykorzystywać w specjalnym procesie do magazynowania energii. Naukowcy z Uniwersytetu w Perugii i Uniwersytetu Rzymskiego postanowili sprawdzić potencjał baterii sodowo-wodnych na konkretnym przykładzie Sardynii.

Bateria wielkości czterech boisk piłkarskich

Jak czytamy w pracy naukowej, w przypadku baterii sodowo-wodnych woda morska zawierająca dużą ilość sodu (Na) ogrywa rolę katody (katolitu). Co więcej, katoda ta występuje w formie otwartej z praktycznie nieograniczonym potencjałem dostarczania kationów Na+.

Podczas ładowania baterii wspominane kationy są przenoszone do elektrody ujemnej – anody (anolitu), która przyjmuje postać bifenylu sodu (Na-BP). Zarówno anolit (Na-BP), jak i katolit (woda morska) przepływa przez ogniwa baterii, każde z osobna przez dedykowaną komorę (tj. odpowiednio ujemną i dodatnią), jak w konwencjonalnym akumulatorze przepływowym redoks.

REKLAMA

W wyniku przeprowadzonego modelowania zespół badaczy ustalił, że bateria sodowo-wodna może sprawdzić się dobrze zarówno w krótko-, jak i długoterminowym magazynowaniu energii. W przypadku krótkiego okresu magazynowania ustalono, że zastosowanie SWB mogłoby pozwolić na potencjalną redukcję wahań generowanej mocy nawet o 85 proc., znacznie poprawiając jakość energii wprowadzanej do sieci. Obliczono to na podstawie różnicy między dwoma kolejnymi wartościami mocy w odstępie sekundowym a energią zmagazynowaną w anolicie.

W przypadku długoterminowego magazynowania ustalono, że baterie sodowo-wodne mogłyby w dużym stopniu umożliwić pokrycie nawet rocznego zapotrzebowania na energię Sardynii przy założeniu zbiornika do magazynowania Na o wymiarach 420 x 270 x 12 m (tj. (długość i szerokość czterech boisk do piłki nożnej).

Naukowcy zwracają ponadto uwagę na dwa dodatkowe korzystne aspekty związane ze stosowaniem SWB. Pierwszy z nich to pozyskiwanie odsolonej wody. W wyniku procesów zachodzących w SWB można, jak czytamy w pracy naukowej, zaspokoić około 29 proc. zapotrzebowania ludności Sardynii na wodę. Po drugie, proces magazynowania energii w SWB przyczynia się do redukcji emisji CO2, ponieważ NaOH (wodorotlenek sodu) powstający podczas konwersji metalicznego Na w energię elektryczną umożliwia sekwestrację (związywanie) ponad 69 tys. ton CO2 rocznie.

Wyniki badań opisane zostały w artykule opublikowanym w czasopiśmie „Renewable and Sustainable Energy Reviews”.