Kovová paliva jako úložiště energie budoucnosti? Až hliník a železo předběhnou vodík.

Řešení zimního nedostatku elektřiny? Vědci vyrábějí baterii budoucnosti z kovového prášku – jeden litr železa na 8 hodin provozu: Přehlížená revoluce v ukládání energie.

Energetická transformace čelí paradoxní výzvě: Zatímco solární elektrárny v létě produkují přebytek čisté elektřiny, z níž část zůstává nevyužita, během tmavých a chladných zimních měsíců hrozí značný nedostatek elektřiny. Tato sezónní nerovnováha je jednou z nejtrvalejších překážek na cestě ke klimatické neutralitě a nadále nutí Evropu k nákladné závislosti na dovozu fosilních paliv. Zatímco se veřejná debata často zaměřuje na vodík jako všelék, ve stínu výzkumu dozrává potenciálně lepší alternativa: skladování energie v kovových palivech, jako je hliník a železo.

Tato zdánlivě neobvyklá myšlenka se při bližším zkoumání ukáže jako geniálně jednoduché a robustní řešení. Princip je založen na reverzibilním chemickém cyklu: Přebytečná letní elektřina se využívá k redukci oxidů kovů na čisté kovy, které slouží jako extrémně husté a bezpečné nosiče energie. V případě potřeby tyto kovy kontrolovaně reagují s vodou a současně uvolňují využitelné teplo a vodík, který se poté přeměňuje zpět na elektřinu.

Fyzikální výhody jsou ohromující: Jeden litr hliníku uchovává zhruba 23krát více energie objemově než vysoce stlačený vodík. Kovový prášek nebo granule lze bezpečně skladovat a přepravovat při pokojové teplotě a normálním tlaku – bez drahých vysokotlakých nádrží nebo kryogenního chlazení. To znamená, že kovová paliva by mohla nejen způsobit revoluci v sezónním skladování energie pro budovy a průmysl, ale také reorganizovat globální energetické toky a připravit cestu Evropě k úniku z její geopolitické energetické závislosti. Pilotní projekty ve Švýcarsku a Německu již ukazují, že tato technologie je mnohem víc než jen laboratorní nápad – mohla by se stát klíčovou, dříve chybějící součástí pro bezpečné a plně obnovitelné dodávky energie.

Vhodné pro:

• OST Research – Východošvýcarská univerzita aplikovaných věd | Kovová paliva jako nosiče a dodavatelé energie

Švýcarský geniální tah: Jak by nenápadný kovový granulát mohl ukončit naši energetickou závislost

Problém sezónního skladování energie je jedním z nejtrvalejších problémů energetické transformace. Zatímco letní přebytek fotovoltaické elektřiny v Evropě neustále roste, právě tato energie chybí během tmavých zimních měsíců. Kovová paliva, jako je hliník a železo, slibují řešení, které je v klíčových parametrech lepší než výraznější vodík a mohlo by zásadně transformovat energetický sektor.

Evropa čelí zásadní energetické výzvě. Jen Švýcarsko očekává do roku 2050 v zimě nedostatek elektřiny ve výši přibližně osmi až deseti terawatthodin, a to i přes masivní rozšíření fotovoltaiky. Německo a celá Evropská unie se potýkají s podobným strukturálním problémem. Zatímco solární energie vytváří v létě nadměrné kapacity, z nichž některé je nutné omezit, v zimě je zjevný nedostatek. Tento sezónní rozdíl se zhoršuje s každým dalším solárním panelem instalovaným na evropských střechách a otevřených prostorách. Zároveň rostoucí elektrifikace vytápění a dopravy činí poptávku po elektřině, zejména v chladnějších měsících, ještě naléhavější.

Energetická závislost Evropy na dovozu fosilních paliv podtrhuje naléhavou potřebu udržitelných řešení skladování. Německo ročně převádí 80 až 130 miliard eur za uhlí, ropu a plyn do zahraničí, zatímco Evropská unie jako celek převádí více než 300 miliard eur. Tyto obrovské částky odtékají ze země, místo aby byly investovány do domácí infrastruktury a budoucích technologií. Geopolitické otřesy posledních let navíc bolestně ukázaly rizika spojená s touto závislostí.

Kovová paliva, jako je hliník a železo, potřebují k uvolnění energie kyslík (O₂). Reakce je podobná spalování, ale často probíhá formou oxidace, např.:

Hliník + kyslík → Oxid hlinitý (Al₂O₃)

Železo + kyslík → Oxid železa (Fe₂O₃ / Fe₃O₄)

Tyto reakce uvolňují velké množství tepla – a právě tuto energii chceme využít jako formu jejího ukládání.

Vodík (H₂) je dnes dobře známý nosič energie, ale je obtížné ho skladovat a přepravovat.

Kovová paliva jsou považována za alternativu, protože:

◾️ jsou velmi energeticky bohaté,

◾️ snadno přepravitelné (pevné, netěkavé),

◾️ jsou opakovaně použitelné – oxidy lze recyklovat a redukovat zpět na kov, často s využitím obnovitelné elektřiny.

Některé koncepty dokonce používají vodík k přeměně oxidovaného kovu zpět na čistý kov.

Fyzika kovového ukládání energie

Základní princip kovových paliv je založen na elegantní chemické reverzibilitě. Kovy, jako je hliník, železo nebo křemík, lze nabíjet elektrickou energií v redukčním procesu, během kterého se z jejich oxidových forem uvolňuje kyslík. Výsledné čisté kovy fungují jako vysoce komprimované zásobníky energie. V případě potřeby se tento proces obrací. Kov reaguje s vodou nebo párou za vzniku vodíku a tepla. Vodík lze použít v palivových článcích k výrobě elektřiny, zatímco teplo lze přivádět přímo do topných systémů.

Energetická hustota zásadně odlišuje kovová paliva od plynných alternativ. Hliník dosahuje teoretické energetické hustoty přes osm kilowatthodin na kilogram a objemové hustoty více než dvacet tři kilowatthodin na litr. Dokonce i vodík stlačený pod vysokým tlakem při sedmi stech barech dosahuje objemové hustoty pouze asi jedné kilowatthodiny na litr. Jeden litr železa by mohl průměrnou německou domácnost zásobovat energií po dobu více než osmi hodin, zatímco jeden litr vysoce stlačeného vodíku by nevydržel ani hodinu.

Tyto fyzikální vlastnosti mají dalekosáhlé praktické důsledky. Kovové prášky nebo granule lze skladovat a přepravovat při pokojové teplotě a normálním tlaku. Nejsou vyžadovány ani drahé vysokotlaké nádrže, ani složitá chladicí technologie. Bezpečnostní požadavky jsou srovnatelné s požadavky na konvenční sypké materiály. Použitím větších granulí se vyhnete nebezpečí výbuchu, například nebezpečí spojenému s jemným kovovým prachem. Například švýcarský institut SPF pro solární technologii v OST pracuje s granulovaným hliníkovým drátem 6060, který je komerčně dostupný a nevyžaduje žádná zvláštní bezpečnostní opatření.

Porovnání kandidátních materiálů

Hliník je považován za nejslibnějšího kandidáta mezi kovovými palivy. Díky své vysoké energetické hustotě, teoreticky přesahující osm kilowatthodin na kilogram, výrazně převyšuje všechny ostatní netoxické kovy. Při reakci s vodou se přibližně padesát procent akumulované energie uvolní jako teplo a padesát procent jako vodík. Ten lze v palivovém článku s padesátiprocentní účinností přeměnit na elektřinu, což vede k celkovému poměru přibližně sedmdesát pět procent tepla a dvacet pět procent elektřiny. Tato kombinace je ideální pro energetické systémy budov, kde obvykle převládá poptávka po teple.

Problém s hliníkem spočívá v jeho energeticky náročné výrobě. Na kilogram primárního hliníku je zapotřebí přibližně třináct až sedmnáct kilowatthodin elektrické energie. Využití uhelných elektráren v tomto procesu generuje až dvacet kilogramů oxidu uhličitého na kilogram hliníku. I při použití obnovitelných zdrojů energie se u konvenčního Hall-Héroultova procesu stále uvolňuje asi jeden a půl tuny oxidu uhličitého na tunu hliníku, protože uhlíkové anody se spotřebovávají a reagují za vzniku oxidu uhličitého.

A právě zde přichází na řadu inovace. V evropském výzkumném projektu REVEAL vědci pod vedením OST vyvíjejí proces výroby hliníku zcela bez oxidu uhličitého s využitím tzv. inertních anod. Tyto anody se skládají z kovových slitin, které se během procesu elektrolýzy nespotřebovávají a místo oxidu uhličitého uvolňují čistý kyslík. Islandský partner IceTec pracuje souběžně na průmyslovém zavedení této technologie s využitím snadno dostupné geotermální a vodní energie. Německé společnosti jako Trimet také pohánějí vývoj vpřed a již uvedly do provozu demonstrační zařízení.

Železo se představuje jako pragmatická alternativa. S energetickou hustotou přibližně 0,2 až 0,3 kilowatthodin na kilogram je výrazně nižší než hliník, ale stále zůstává konkurenceschopné s mnoha jinými technologiemi skladování. Rozhodující výhodou železa je jeho dostupnost a nízká cena. Železná ruda, čtvrtý nejhojnější prvek v zemské kůře, je k dispozici v prakticky neomezeném množství, aniž by to podstatně ovlivňovalo ceny na globálním trhu.

Reakce železa s vodou produkuje velmi málo tepla. Veškerá uložená energie se převádí na vyrobený vodík, který lze následně s účinností kolem padesáti procent přeměnit na elektřinu. Tento poměr činí železo obzvláště atraktivním pro aplikace, kde je poptávka po elektřině prvořadá. Výzkumná skupina vedená profesorem Wendelinem Starkem z ETH Zurich provozuje v areálu Hönggerberg pilotní zařízení, které sezónně ukládá vodík pomocí oxidu železa. Tato technologie je považována za asi desetkrát levnější než konvenční skladování vodíku.

Přímá redukce zeleným vodíkem je již průmyslově zavedená pro výrobu železa. Společnosti jako ArcelorMittal a thyssenkrupp pracují na přechodu na výrobu oceli na bázi vodíku. Tuto technologii lze přímo využít pro skladování energie. Její úroveň vyspělosti je mezi šesti a sedmi na stupnici od devíti, čímž se blíží připravenosti pro prodej. Závody lze provozovat za normálního tlaku a teploty kolem 800 stupňů Celsia, což omezuje technickou složitost.

Křemík představuje třetí možnost. Kombinuje vysokou energetickou hustotu, podobnou hliníku, s dobrou dostupností. Jako druhý nejhojnější prvek v zemské kůře po kyslíku neexistují prakticky žádná omezení zdrojů. Technologie výroby je díky solárnímu průmyslu dobře zavedená. Výzkum křemíku jako média pro ukládání energie je však méně pokročilý než u hliníku a železa. TU Darmstadt zkoumá křemík v rámci projektu A-STEAM, ale pravděpodobně to bude trvat několik let, než bude použit v průmyslových aplikacích.

Ekonomika transformace

Ekonomická životaschopnost kovových paliv závisí zásadně na výrobních nákladech bezuhlíkové extrakce kovů. Při konvenční ceně hliníku přibližně 2 650 USD za tunu by v roce 2035 vznikly dodatečné náklady ve výši přibližně 400 USD, pokud by se technologie inertních anod zavedla průmyslově. V dlouhodobém horizontu se očekává, že se náklady stabilizují na úrovni roku 2020, i když s prémií přibližně 300 USD ve srovnání s hypotetickým pokračováním konvenční výroby.

Tyto dodatečné náklady jsou však vnímány v kontextu celkového kontextu. Investice do dekarbonizace hliníkářského průmyslu se odhadují na zhruba jeden bilion dolarů, z čehož zhruba polovina je určena na dodávky energie s nízkými emisemi. Dvě stě miliard dolarů je v rozpočtu vyčleněno na nízkouhlíkové anody. Tyto investice však zároveň pokládají základy pro zcela nový trh s ukládáním energie, který daleko přesahuje tradiční využití hliníku.

Celková účinnost přeměny obnovitelné elektřiny zpět na elektřinu a teplo prostřednictvím kovového skladování se u všech tří kovů pohybuje od padesáti do šedesáti procent. Tato hodnota se zpočátku jeví jako nízká ve srovnání s lithium-iontovými bateriemi s účinností osmdesáti pěti až devadesáti pěti procent. Při hodnocení je však třeba zvážit několik faktorů. Za prvé, srovnání je relevantní pouze pro aplikace se srovnatelnou dobou skladování. Baterie jsou vhodné pro hodiny až několik dní, zatímco kovová paliva jsou vhodná pro měsíce až roky. Náklady na uskladněnou kilowatthodinu dramaticky rostou u baterií s rostoucí dobou skladování, protože investiční náklady jsou rozloženy do menšího počtu cyklů.

Za druhé, teplo je třeba zohlednit jako plně využitelný zdroj energie. V budovách s požadavky na vytápění je systém se 75 procenty tepla a 25 procenty elektřiny potenciálně ideálnější než čistá elektřina, kterou je nejprve třeba transformovat pomocí tepelného čerpadla. Švýcarští vědci očekávají, že náklady na elektřinu a vytápění z hliníkových akumulačních systémů se v zimě budou pohybovat kolem 20 centů za kilowatthodinu. To by bylo konkurenceschopné s mnoha alternativními možnostmi dodávek energie.

Přeměna elektřiny na plyn s využitím vodíku dosahuje účinnosti pouze 30 až 40 procent při pouhé rekonverzi na elektřinu bez využití tepla. U metanizace tato účinnost klesá na přibližně 33 procent. Pouze s optimalizovanou kombinovanou výrobou tepla a elektřiny (KVET) a konzistentním využitím odpadního tepla lze dosáhnout účinnosti přes 80 procent, vztaženo na vyšší výhřevnost. V praxi se však těchto hodnot dosahuje jen zřídka. Skladování a přeprava vodíku navíc s sebou nesou značné náklady. Podzemní solné jeskyně jsou proveditelné pouze v geologicky vhodných lokalitách. Pro země, jako je Švýcarsko, které takové formace nemají, zbývají jako možnost pouze drahé nadzemní nádrže nebo dovoz.

Náklady na skladování energie u různých technologií se značně liší. Sezónní systémy skladování tepelné energie stojí 25 až 400 švýcarských franků za megawatthodinu uskladněné energie. U elektrické energie se náklady na přečerpávací elektrárny pohybují kolem 100 franků za megawatthodinu, ale u jiných systémů sezónního skladování energie se zvyšují více než desetinásobně. Lithium-iontové baterie v současnosti stojí 400 až 1 000 eur za kilowatthodinu skladovací kapacity. I když tyto ceny drasticky klesly, pro sezónní skladování zůstávají neúnosně drahé.

Přečerpávací elektrárny fungují mimořádně dobře v denních a týdenních cyklech a dosahují účinnosti 70 až 85 procent. U sezónního skladování s pouze jedním cyklem ročně však náklady stoupají na více než dvě eura za kilowatthodinu dodatečné elektřiny. Geografická omezení vhodných lokalit dále omezují potenciál expanze. V ekonomice plně přecházející na obnovitelné zdroje energie by stávající kapacity přečerpávacích elektráren zdaleka nestačily.

Systémová integrace a propojení sektorů

Silná stránka kovových paliv spočívá v jejich bezproblémové integraci do konceptu propojení sektorů. Tento termín popisuje propojení tradičně oddělených sektorů elektřiny, tepla a mobility. Zatímco přechod na obnovitelné zdroje energie v sektoru elektřiny je již v pokročilém stádiu, dodávky tepla a doprava zůstávají silně závislé na fosilních palivech. Evropa ročně utratí přes tři sta miliard eur za dovoz uhlí, ropy a plynu – peníze, které její vlastní ekonomika ztrácí.

Kovová paliva umožňují flexibilní propojení sektorů. V létě se přebytečná fotovoltaická elektřina využívá k redukci oxidů kovů. Výsledný kov se ukládá. V zimě probíhá oxidace, za níž vzniká teplo a vodík. Teplo proudí přímo do topného systému, ideálně ve spojení s tepelným čerpadlem, což zvyšuje účinnost při mírnějších teplotách. Vodík se v palivovém článku přeměňuje na elektřinu a odpadní teplo z tohoto procesu se poté přivádí zpět do topného systému.

Tato kombinace přesně řeší ústřední problém evropských energetických systémů. V Německu tvoří poptávka po vytápění zhruba polovinu celkové konečné spotřeby energie. Významná část této spotřeby je soustředěna v zimních měsících. Systém akumulace, který primárně dodává teplo a zároveň vyrábí značné množství elektřiny, tento profil poptávky dokonale splňuje. Univerzita aplikovaných věd a umění v Lucernu vypočítala, že důsledná izolace obytných budov v kombinaci s tepelnými čerpadly by mohla prakticky eliminovat zimní nedostatek elektřiny ve Švýcarsku. Ve spojení s kovovými akumulačními systémy by takový systém optimálně využil přebytečnou letní elektřinu a zajistil spolehlivé zimní zásobování.

Podle modelu švýcarských výzkumníků by vybavení všech bytových domů kovovými akumulačními systémy mohlo výrazně snížit očekávaný zimní nedostatek elektřiny o osm terawatthodin do roku 2050. Vybavení pouhé poloviny všech bytových domů by přispělo několika terawatthodinami. Decentralizovaná struktura tohoto řešení zabraňuje nákladným opatřením na rozšiřování sítě a zvyšuje bezpečnost dodávek díky redundanci.

Pro průmyslové aplikace se objevují další perspektivy. Procesní teplo tvoří významnou část poptávky po energii v průmyslu. Přímá elektrifikace pomocí tepelných čerpadel, elektrodových kotlů nebo odporového ohřevu je technicky proveditelná a již dostupná pro mnoho teplotních rozsahů. Kovová paliva však mohou nabídnout řešení, zejména pro vysokoteplotní procesy a stabilitu základního zatížení. Spalování železného prášku může dosáhnout teplot přesahujících 1 800 stupňů Celsia, což je dostatečné pro mnoho průmyslových procesů.

Přestavěné uhelné elektrárny by mohly být provozovány s kovovými prášky. Stávající infrastruktura pro spalování, cirkulaci páry a výrobu energie by mohla být do značné míry využita. Výsledný oxid kovu by byl shromažďován a přepravován do zařízení s dostatkem obnovitelné energie k redukci. Tento přístup by využil stávající zařízení, zachoval pracovní místa a zároveň přispěl k dekarbonizaci. Technická univerzita v Darmstadtu zkoumá tento koncept v rámci své iniciativy Clean Circles.

Zaměření na odvětví: B2B, digitalizace (od AI po XR), strojírenství, logistika, obnovitelné zdroje energie a průmysl

Více o tom zde:

• Obchodní centrum Xpert

Tematické centrum s poznatky a odbornými znalostmi:

• Znalostní platforma o globální a regionální ekonomice, inovacích a trendech specifických pro dané odvětví
• Sběr analýz, impulsů a podkladových informací z našich oblastí zájmu
• Místo pro odborné znalosti a informace o aktuálním vývoji v oblasti podnikání a technologií
• Tematické centrum pro firmy, které se chtějí dozvědět více o trzích, digitalizaci a inovacích v oboru

Technologická vyspělost a perspektivy rozvoje

Technologická vyspělost různých složek se značně liší. Oxidace kovů za účelem uvolňování energie je známá již dlouho a používá se ve specializovaných aplikacích. Částice hliníku a železa se používají v nosných raketách Ariane, ohňostrojích a dalších pyrotechnických aplikacích. Základní chemické procesy jsou proto zvládnuty a pochopeny.

Řízená reakce s vodou nebo párou při mírných teplotách pro výrobu tepla a vodíku je v současné době v pilotní fázi. Institut SPF pro solární technologii v Rapperswilu zadal prototyp vyvinutý v rámci projektu REVEAL. Po uvedení do provozu tento prototyp demonstruje, jak lze chemickými procesy z hliníku vyrábět teplo a elektřinu pro budovy. Vyrobená energie může být použita k napájení budov a průmyslových závodů nebo přiváděna do sítí dálkového vytápění.

ETH Zurich provozuje na svém kampusu Hönggerberg pilotní zařízení pro skladování vodíku na bázi železa. Tři nerezové nádrže, každá s obsahem 600 kilogramů oxidu železa, dokáží dlouhodobě uskladnit přibližně deset megawatthodin vodíku. To v závislosti na použité technologii přeměny generuje čtyři až šest megawatthodin elektřiny. Elektrárna je v provozu od roku 2024 a do roku 2026 se plánuje její rozšíření, aby pokryla pětinu zimních potřeb kampusu v oblasti elektřiny sezónně akumulovanou solární energií. Zvýšení kapacity až na tisíc tun oxidu železa by mohlo dodat dvě gigawatthodiny elektřiny, což je srovnatelné s desetinou kapacity přečerpávací elektrárny Nant de Drance.

Největší technologickou výzvou je bezuhlíková výroba kovů. U železa je již průmyslově ověřena přímá redukce pomocí zeleného vodíku. Několik ocelářských společností v současné době buduje demonstrační závody a plánuje postupný přechod do roku 2030 až 2040. Technologie má úroveň vyspělosti přibližně sedm až osm na devítibodové škále a blíží se tak komerční dostupnosti.

Technologie inertních anod je na pokraji průlomu v hliníkářském průmyslu. Společnost Trimet v Essenu provozuje demonstrační závod v produkčních podmínkách od roku 2024. Společnost očekává průmyslové zavedení do roku 2040 a klimatickou neutralitu do roku 2045. Do této technologie investují značné prostředky i mezinárodní korporace, jako jsou Norsk Hydro a Rio Tinto. Společnost Apple již zakoupila první zásilku hliníku z pilotního závodu s inertními anodami pro použití v chytrých telefonech. To dokazuje komerční zájem a důvěryhodnost této technologie.

Kritickým faktorem zůstává škálování. Celosvětová roční produkce hliníku se pohybuje kolem sedmdesáti milionů tun, zatímco produkce oceli dosahuje téměř dvou miliard tun. Pro dosažení významného přínosu k sezónnímu skladování energie by byla zapotřebí dodatečná výrobní kapacita. To by však nutně nedestabilizovalo komoditní trhy. Hliník a železo patří mezi nejhojnější prvky v zemské kůře. Jejich zdroje jsou prakticky neomezené. Produkce by byla omezena především dostupností cenově dostupné obnovitelné energie.

Právě zde se skrývá klíčová příležitost. Regiony s vynikajícími podmínkami pro obnovitelné zdroje energie, ale nízkou místní poptávkou, by se mohly stát producenty kovů. Island se svou geotermální a vodní energií, severní Afrika s intenzivním slunečním svitem nebo Patagonie s větrnými zdroji by mohly produkovat kovy pro export ve velkém měřítku. Doprava je jednoduchá a bezpečná. Kontejnerové lodě mohou přepravovat kovové granule za normálních podmínek, bez rizik a nákladů spojených s kapalným vodíkem nebo zkapalněným zemním plynem.

Přehodnocení globálních energetických toků

Internacionalizace dodávek energie prostřednictvím kovových nosičů energie by zásadně změnila globální obchodní toky. Evropa ročně utratí přes tři sta miliard eur za dovoz fosilních paliv. Jen Německo utratí osmdesát až sto třicet miliard eur. Tyto obrovské částky plynou převážně do zemí s autoritářskými režimy, jejichž politika je často v rozporu s evropskými hodnotami. Financování tohoto dovozu přispívá ke geopolitické nestabilitě a činí Evropu zranitelnou vůči vydírání, jak bolestně ukázaly nedávné energetické krize.

Přechod na kovové nosiče energie by mohl tyto závislosti vyřešit a zároveň umožnit nová partnerství. Země s bohatými obnovitelnými zdroji, ale omezenou domácí industrializací, by získaly cennou exportní perspektivu. Maroko se svým solárním potenciálem, Chile s větrnou a geotermální kapacitou nebo Austrálie s rozsáhlou rozlohou vhodnou pro obnovitelné zdroje energie by se mohly stát producenty kovů. Tyto země jsou převážně demokracie a sdílejí základní hodnoty s Evropou. Dovoz energie by tak spíše přispíval k financování rozvoje než k podpoře autokracií.

Kruhová ekonomika kovových paliv se zásadně liší od ekonomiky fosilních paliv. Uhlí, ropa a plyn se nevratně spalují a přeměňují na skleníkové plyny. Kovy naopak cirkulují v uzavřeném cyklu. Oxidovaný kov se transportuje zpět do redukčního zařízení a znovu se naplní. Tento cyklus lze teoreticky opakovat neomezeně mnohokrát bez ztráty materiálu nebo jeho degradace. Výzkumníci z ETH Zurich dokonce pozorovali, že skladovací kapacita jejich železných reaktorů se s každým cyklem mírně zvyšuje.

Tento cirkulární přístup má dalekosáhlé ekonomické důsledky. Investice do výroby kovů se sama zaplatí během mnoha cyklů. Na rozdíl od baterií, jejichž kapacita s každým cyklem klesá, zůstávají kovové skladovací systémy použitelné po neomezenou dobu. Počáteční investice do redukčních a oxidačních zařízení, stejně jako do samotného kovu, mohou být značné, ale v průběhu desetiletí se náklady na uskladněnou kilowatthodinu stanou konkurenceschopnými.

Modelové výpočty švýcarských vědců předpokládají náklady na elektřinu a teplo z hliníkového akumulačního systému ve výši přibližně dvaceti centů za kilowatthodinu. To je v souladu s výrobními náklady na obnovitelné zdroje energie a výrazně nižší než náklady na elektřinu při špičkovém zatížení v zimních měsících. S rostoucí technologickou vyspělostí a škálováním se očekává další pokles nákladů. Historie fotovoltaiky a větrné energie ukazuje, jak dramatické může být snížení nákladů v důsledku efektů křivky učení.

Rizika a výzvy

Navzdory slibnému potenciálu přetrvávají značné výzvy a rizika. Technologický vývoj ještě není dokončen. Zejména výroba hliníku bez oxidu uhličitého s použitím inertních anod teprve začíná přecházet k průmyslovému využití. Četné předchozí pokusy o zavedení této technologie selhaly. Inertní anoda má pověst, že je neustále na pokraji dokončení, aniž by kdy dosáhla průlomu.

Problém představují zvýšené náklady na elektřinu. Inertní anody nejenže neuvolňují oxid uhličitý, ale také neposkytují procesní energii jako uhlíkové anody. Poptávka po elektřině na tunu hliníku se proto zvyšuje. Vzhledem k již tak vysokým nákladům na energii v Evropě by to mohlo snížit konkurenceschopnost. Výroba hliníku by se mohla dále přesunout do regionů s obzvláště levnou energií, zatímco Evropa by se stala pouhým dovozcem.

Konkurence v oblasti obnovitelných zdrojů energie se zostřuje. Řada odvětví usiluje o elektrifikaci. Průmysl potřebuje zelený vodík pro chemické procesy a výrobu oceli. Doprava se elektrifikuje miliony elektromobilů. Digitální infrastruktury s datovými centry spotřebovávají stále větší množství elektřiny. V tomto konkurenčním prostředí musí kovová úložiště stále prokazovat svou ekonomickou převahu.

Požadavky na infrastrukturu jsou značné. Pro významný příspěvek k zimním dodávkám energie by byly zapotřebí miliony decentralizovaných úložných systémů nebo velkých centralizovaných zařízení. Vybudování této infrastruktury vyžaduje čas, kapitál a politickou vůli. Doba návratnosti takových systémů by se mohla protáhnout na desítky let, což by mohlo odradit soukromé investory. Pravděpodobně by byly nutné vládní dotace a regulační pobídky.

Dopad masivně rozšířené výroby kovů na životní prostředí je třeba kriticky zkoumat. I když je výrobní proces uhlíkově neutrální, spotřebovává obrovské množství elektřiny. Tato elektřina, kromě všech ostatních energetických potřeb, musí pocházet z obnovitelných zdrojů. Půda potřebná pro nezbytné větrné a solární elektrárny je značná. Těžba bauxitu pro hliník navíc vyžaduje rozsáhlou těžbu s souvisejícími ekologickými a sociálními důsledky.

Veřejné přijetí nových energetických technologií je křehké. Každý velký průmyslový závod se setkává s místním odporem. Výstavba větrných turbín, solárních parků a elektrického vedení je pravidelně zpožďována nebo bráněna občanskými iniciativami. Závody na redukci kovů, které pracují při vysokých teplotách a spotřebovávají značné množství elektřiny, by mohly čelit podobnému odporu. Transparentní komunikace o výhodách, rizicích a dopadech na životní prostředí je nezbytná.

Strategické perspektivy pro Evropu

Pro Evropu nabízí vývoj kovových paliv strategickou příležitost k dosažení technologického vůdčího postavení na budoucím trhu. Švýcarské a německé výzkumné instituce patří v této oblasti mezi přední světové instituce. Projekt REVEAL sdružuje přední evropské partnery. Průmyslové znalosti v oblasti metalurgie, chemického procesního inženýrství a integrace energetických systémů jsou v Evropě snadno dostupné.

Koordinovaná evropská strategie by mohla zahrnovat několik prvků. Zaprvé, pokračování a zintenzivnění financování výzkumu. Předchozí investice umožnily značný pokrok. Zvýšení financování by rozšířilo technologický náskok. Zadruhé, vytvoření regulačních pobídek pro vstup na trh. Výkupní ceny nebo investiční granty by mohly motivovat ty, kteří se k nim dostanou v první řadě.

Za třetí, integrace do evropské strategie energetické infrastruktury. Plánované vodíkové sítě by mohly být rozšířeny i o kovové nosiče energie. Stávající plynárenská infrastruktura by mohla být částečně přepracována. Za čtvrté, mezinárodní spolupráce se zeměmi, které nabízejí ideální podmínky pro výrobu kovů. Rozvojová partnerství se severoafrickými zeměmi, investice do jihoamerických výrobních kapacit nebo transfer technologií do Asie by mohly vytvořit oboustranně výhodné situace.

Geopolitický rozměr by neměl být podceňován. Snížená závislost na dovozu fosilních paliv výrazně zvyšuje politickou svobodu jednání Evropy. Schopnost zajistit si dodávky energie v zimě z domácích nebo spolehlivých mezinárodních zdrojů posiluje odolnost vůči vnějším otřesům. Diverzifikace energetických zdrojů a dodavatelských řetězců snižuje potenciál pro vydírání ze strany autoritářských režimů.

Zároveň vznikají nové závislosti. Evropa by se potenciálně mohla stát závislou na dovozu kovů, podobně jako je v současnosti závislá na fosilních palivech. Rozdíl spočívá v reverzibilitě a cirkulárnosti kovů. Lze je recyklovat a znovu použít. Tím se zabrání existenčnímu nedostatku, který je patrný u omezených fosilních zdrojů. Výroba by se navíc v zásadě mohla nacházet v Evropě, za předpokladu, že bude k dispozici dostatek a cenově dostupná obnovitelná energie.

Budoucnost skladování energie

Kovová paliva nebudou jediným řešením výzev energetické transformace. Spíše budou součástí diverzifikovaného portfolia technologií skladování energie. Lithium-iontové baterie si udrží svou kapacitu v krátkodobém horizontu hodin až dnů. Přečerpávací vodní elektrárny zůstanou nepostradatelné pro stabilizaci sítě a vyrovnávání denních a týdenních výkyvů. Vodík bude v průmyslu potřebný jako procesní plyn a redukční činidlo.

Kovová paliva mají specifické místo v sezónním dlouhodobém skladování, především pro zásobování teplem. Zde kombinují výhody vysoké energetické hustoty, snadné manipulace, levných surovin a dobrého propojení sektorů. Tato kombinace je činí lepšími než jiné technologie. Další vývoj ukáže, zda a jak rychle lze tyto teoretické výhody realizovat v praxi.

Nadcházející roky budou klíčové. V současné době je v provozu nebo se staví několik pilotních závodů. Zkušenosti získané z těchto projektů ukážou, zda budou splněna technická a ekonomická očekávání. Vývoj technologie inertních anod určí, zda bude skutečně možná výroba hliníku bez oxidu uhličitého ve velkém měřítku. Časový rámec určí ochota průmyslu a tvůrců politik investovat do této technologie.

Integrace systémů skladování kovů do stávajících energetických systémů vyžaduje nejen technologické inovace, ale také regulační a tržní inovace. Musí být vyvinuty nové obchodní modely, které zohledňují specifické vlastnosti skladování kovů. Pro zajištění bezpečnosti investic jsou nezbytné dlouhodobé smlouvy mezi výrobci, provozovateli skladů a dodavateli energie. Posouzení přínosů pro klima a energii se musí odrazit ve vhodných tržních cenách nebo podpůrných mechanismech.

Veřejná debata o skladování energie se musí rozšířit. Příliš dlouho se diskuse jednostranně zaměřovala na vodík jako údajné univerzální řešení. Realita je složitější. Různé aplikace vyžadují různá řešení. Kovová paliva si v této oblasti zaslouží prominentní místo. Jejich výhody jsou příliš významné na to, aby se ignorovaly. Jejich potenciál je příliš velký na to, aby zůstal nevyužitý.

Transformace energetického systému je jednou z největších technologických a ekonomických výzev tohoto století. Vyžaduje odvahu k inovacím, ochotu investovat a otevřenost novým řešením. Kovová paliva nabízejí jedno takové řešení. Jsou víc než jen zajímavou laboratorní kuriozitou. Mohla by se stát převratným prvkem v oblasti sezónního skladování energie, stavebním kamenem pro řešení zimního nedostatku elektřiny a cestou k energetické nezávislosti. Jsou alternativou, která vodík nenahrazuje, ale efektivně jej doplňuje a v některých aplikacích jej i předčí. Další vývoj si zaslouží pozornost, podporu a kritické zkoumání. Nadcházející roky ukážou, zda kovová paliva dokáží splnit svůj slib.

Xpert.Digital má hluboké znalosti z různých odvětví. To nám umožňuje vyvíjet strategie šité na míru, které jsou přesně přizpůsobeny požadavkům a výzvám vašeho konkrétního segmentu trhu. Neustálou analýzou tržních trendů a sledováním vývoje v oboru můžeme jednat s prozíravostí a nabízet inovativní řešení. Kombinací zkušeností a znalostí vytváříme přidanou hodnotu a poskytujeme našim zákazníkům rozhodující konkurenční výhodu.

Více o tom zde:

• Využijte 5x odborných znalostí Xpert.Digital v jednom balíčku – již od 500 EUR měsíčně

☑️ Naším obchodním jazykem je angličtina nebo němčina

☑️ NOVINKA: Korespondence ve vašem národním jazyce!

 

Rád vám a mému týmu posloužím jako osobní poradce.

Kontaktovat mě můžete vyplněním kontaktního formuláře nebo mi jednoduše zavolejte na číslo +49 89 89 674 804 (Mnichov) . Moje e-mailová adresa je: wolfenstein ∂ xpert.digital

Těším se na náš společný projekt.

 

 

☑️ Podpora MSP ve strategii, poradenství, plánování a implementaci

☑️ Vytvoření nebo přeladění digitální strategie a digitalizace

☑️ Rozšíření a optimalizace mezinárodních prodejních procesů

☑️ Globální a digitální obchodní platformy B2B

☑️ Pioneer Business Development / Marketing / PR / Veletrhy