Batterijen van de toekomst!

Iedereen kent batterijen, de meesten gebruiken ze elke dag van hun leven. Ze zijn aanwezig in allerlei consumentenelektronica van horloges, laptops en mobiele telefoons. Wanneer de meesten aan een batterij denken, denken ze aan een gewone chemische AA-batterij, het soort dat je in een zaklamp of een afstandsbediening van een televisie zou kunnen stoppen. Dit soort technologie is echter veel breder verspreid dan dat. Batterijen kunnen in vele vormen voorkomen en worden veel gebruikt in de energieopwekkings- en opslagindustrieën om elektrische stroom binnen netwerken te beheren. In feite zal batterijtechnologie de komende jaren waarschijnlijk de belangrijkste factor zijn in de ontwikkeling van technologie voor hernieuwbare energie.

Dit is het resultaat van een eigenaardigheid in verband met hernieuwbare energie. In tegenstelling tot andere stroombronnen die naar behoefte kunnen worden in- en uitgeschakeld, is de opwekking van duurzame energie afhankelijk van het weer. Als de weersomstandigheden slecht zijn, wordt er geen elektriciteit opgewekt. Dit geldt met name voor zonne-energie die alleen overdag stroom opwekt en 's nachts geen. Dit leidt tot een probleem met het balanceren van het vermogen, elektriciteit wordt de hele dag en nacht gebruikt en moet dus door het net worden opgewekt om aan de vraag te voldoen.

Een volledig hernieuwbaar systeem zou niet aan deze eis voldoen, aangezien de opwekking van energie komt en gaat. Een systeem om de overdag opgewekte stroom op te vangen en te distribueren wanneer dat nodig is. Dit is waar de batterijen binnenkomen. Grote accubanken kunnen de elektriciteit opslaan en weer vrijgeven wanneer dat nodig is. Systemen van dit type zijn nu al in gebruik. Grote lithium-ionbatterijbanken zijn gebouwd als onderdeel van het Australische net om overtollig vermogen op te slaan. De banken zijn momenteel in hun proefperiode om hun effectiviteit te testen.

Lithium-ionbatterijen zijn momenteel de meest populaire vorm van batterijen in de industrie, het zijn de batterijen die vaak worden gebruikt in mobiele telefoons, consumentenelektronica en elektrische voertuigen. Dit komt omdat ze op dit moment de beste oplossing zijn voor deze beschikbare toepassingen. Ze hebben echter enkele nadelen, vooral als je ze wilt toepassen op grootschalige elektriciteitsopslag op het elektriciteitsnet, zoals we vandaag bekijken. De materialen die nodig zijn om de batterijen te produceren, zijn moeilijk te vinden, omdat ze meestal worden gewonnen in Afrikaanse landen met slechte ethische werkmethoden, wat leidt tot veel uitbuiting in de lithiummijnindustrie.

https://www.energy.gov/eere/articles/how-does-lithium-ion-battery-work

Deze zorgen over de inkoop van materialen leiden er ook toe dat lithium-ionbatterijen duur zijn om te produceren, dus de eenheid voor elektriciteitsopslag per uitgegeven pond, met andere woorden kostenefficiëntie, is laag. Ten slotte kunnen deze batterijen enige stabiliteitsproblemen hebben met verschillende batterijen die grootschalige branden veroorzaken in de Australische batterijtestcentra wanneer de batterijen oververhit zijn geraakt. Dus hoewel deze batterijen geweldig zijn voor een aantal consumentenelektronica, zijn ze niet zo goed voor grootschalige elektriciteitsopslag.

Dus wat voor soort alternatieven zijn er? Er is natuurlijk de traditionele manier om elektriciteit op te slaan... water! Hydro-elektrische dammen zijn over de hele wereld en een beproefde methode om elektriciteit op te slaan en vrij te geven. Tijdens piekstroomopwekking wordt water in een reservoir gepompt en als elektriciteit nodig is, wordt het water uit het reservoir gehaald en door een turbine geleid, waardoor elektriciteit wordt opgewekt. Dit systeem wordt al honderden jaren in een of andere vorm gebruikt en is dus een zeer betrouwbare manier om grote hoeveelheden stroom op te slaan. Het heeft echter een groot nadeel, namelijk de ruimte en investering die nodig is om zo'n groot project te bouwen. Dit soort projecten is ook beperkt tot een bepaalde geografie die grote hoogten en bergachtige landschappen vereist.

Wat batterijtechnologie nodig heeft, is innovatie, gelukkig zijn er een aantal nieuwe ideeën voor batterijtechnologie in ontwikkeling om dit gat in de markt te vullen. Een opwindende nieuwe startup in Edinburgh heeft technologie ontwikkeld die vergelijkbaar is met de door zwaartekracht aangedreven waterkrachtcentrales die we zojuist hebben besproken, waarbij een zwaar gewicht wordt opgetild in plaats van het water. Gravitricity heeft een testbed gebouwd voor deze nieuwe technologie in Prince Albert Dock, Forth met veelbelovende resultaten! Het einddoel van het bedrijf is om de in onbruik geraakte kolenmijnen van het VK om te bouwen tot lange schachten om grote gewichten op te heffen en te laten zakken om elektriciteit op te slaan en vrij te geven.

https://www.energylivenews.com/2021/03/10/gravity-energy-storage-project-lifts-off-in-edinburgh/

Nu naar een ander soort energie… Thermisch! Onderzoekers van veel instellingen over de hele wereld doen onderzoek naar de ontwikkeling van thermische batterijen. Deze batterijen verwarmen materiaal wanneer er overtollige elektriciteit is en zetten diezelfde warmte om in elektrische energie voor gebruik wanneer er minder energie beschikbaar is. Hoogwaardige versies van deze technologie gebruiken gesmolten zouten, verwarmd tot meer dan 1000 graden Celsius als thermisch opslagmateriaal. Systemen als deze zijn veelbelovend als energieopslagmethode, maar ondervinden nog steeds problemen met het verplaatsen van de gesmolten zouten om er elektriciteit uit op te wekken.

In Finland is een versie met lagere specificaties van deze technologie geïnstalleerd. Het systeem, in samenwerking met een plaatselijk dorp, verwarmt gewoon zand tot 500 graden Celsius met behulp van hernieuwbare energiebronnen. Deze opgeslagen energie kan vervolgens het hele jaar door worden gebruikt om lokale huizen consistent te verwarmen (een bijzonder belangrijke factor tijdens koude Finse winters). Deze proof-of-concept van de proeffabriek is bijzonder opwindend omdat het een extreem goedkope manier is om elektriciteit op te slaan en gemakkelijk kan worden geïntegreerd in lokale gemeenschappen, wat de mogelijkheid biedt om lokale microgrids te ontwikkelen.

https://www.bbc.co.uk/news/science-environment-61996520

Hopelijk kunt u nu zien hoe belangrijk batterijtechnologie is voor de groene toekomst van de aarde en hoe verschillende technologieën volop in ontwikkeling zijn om ervoor te zorgen dat hernieuwbare energie effectiever en goedkoper is dan ooit!