Fémes tüzelőanyagok, mint a jövő energiatárolója? Amikor az alumínium és a vas megelőzi a hidrogént.

A téli áramszünet megoldása? A kutatók fémporból készítik a jövő akkumulátorát – egy liter vas 8 órás energiához: Az energiatárolás figyelmen kívül hagyott forradalma.

Az energetikai átállás paradox kihívással néz szembe: Míg a naperőművek nyáron tiszta villamos energiát termelnek, amelynek egy része fel sem merül, a sötét és hideg téli hónapokban jelentős villamosenergia-hiány fenyeget. Ez a szezonális egyensúlyhiány az egyik legmakacsabb akadály a klímasemlegesség felé vezető úton, és továbbra is költséges fosszilis tüzelőanyag-importfüggőségbe kényszeríti Európát. Míg a nyilvános vita gyakran a hidrogénre, mint csodaszerre összpontosít, a kutatások árnyékában egy potenciálisan jobb alternatíva érlelődik: az energia fémes tüzelőanyagokban, például alumíniumban és vasban történő tárolása.

Ez a látszólag szokatlan ötlet közelebbről megvizsgálva egy zseniálisan egyszerű és robusztus megoldásnak bizonyul. Az elv egy megfordítható kémiai cikluson alapul: a felesleges nyári elektromosságot a fémoxidok tiszta fémekké redukálására használják, amelyek rendkívül sűrű és biztonságos energiahordozóként szolgálnak. Szükség esetén ezek a fémek szabályozott módon reagálnak a vízzel, egyidejűleg felhasználható hőt és hidrogént szabadítva fel, amelyet aztán visszaalakítanak elektromos árammá.

A fizikai előnyök lenyűgözőek: Egy liter alumínium térfogatilag nagyjából 23-szor több energiát tárol, mint a nagymértékben sűrített hidrogén. A fémpor vagy -granulátum biztonságosan tárolható és szállítható szobahőmérsékleten és normál nyomáson – drága nagynyomású tartályok vagy kriogén hűtés nélkül. Ez azt jelenti, hogy a fémes üzemanyagok nemcsak forradalmasíthatják az épületek és az ipar szezonális energiatárolását, hanem átszervezhetik a globális energiaáramlásokat is, és utat nyithatnak Európa számára a geopolitikai energiafüggőség megszüntetéséhez. A svájci és németországi kísérleti projektek már bizonyítják, hogy ez a technológia sokkal több, mint egy laboratóriumi ötlet – a biztonságos és teljes mértékben megújuló energiaellátás kulcsfontosságú, korábban hiányzó alkotóelemévé válhat.

Alkalmas:

• OST Research – Kelet-svájci Alkalmazott Tudományok Egyeteme | Fémes tüzelőanyagok, mint energiahordozók és -szolgáltatók

Svájci zsenialitás: Hogyan vethet véget egy feltűnésmentes fémgranulátum az energiafüggőségünknek?

A szezonális energiatárolás kihívása az energiaátmenet egyik legmakacsabb problémája. Míg a nyári fotovoltaikus villamosenergia-felesleg Európában folyamatosan növekszik, pontosan ez az energia hiányzik a sötét téli hónapokban. A fémes tüzelőanyagok, mint például az alumínium és a vas, olyan megoldást ígérnek, amely kulcsfontosságú paraméterekben felülmúlja a hangsúlyosabb hidrogént, és alapvetően átalakíthatja az energiaszektort.

Európa alapvető energiakihívással néz szembe. Csak Svájcban várhatóan 2050-re körülbelül nyolc-tíz terawattóra téli áramhiány keletkezik, a fotovoltaikus rendszerek hatalmas térnyerése ellenére. Németország és az egész Európai Unió hasonló strukturális problémával küzd. Míg a napenergia-termelés nyáron túlkapacitásokat hoz létre, amelyek egy részét korlátozni kell, télen feltűnő hiány tapasztalható. Ezt a szezonális eltérést súlyosbítja minden egyes további napelem, amelyet az európai háztetőkre és nyílt terekre telepítenek. Ugyanakkor a fűtés és a közlekedés egyre növekvő villamosítása még kritikusabbá teszi az áramigényt, különösen a hidegebb hónapokban.

Európa fosszilis tüzelőanyag-importtól való energiafüggősége rávilágít a fenntartható tárolási megoldások sürgős szükségességére. Németország évente 80 és 130 milliárd euró közötti összeget utal át külföldre szénért, olajért és gázért, míg az Európai Unió egésze több mint 300 milliárd eurót utal át. Ezek a hatalmas összegek kiáramlanak az országból ahelyett, hogy a hazai infrastruktúrába és a jövő technológiáiba fektetnék be. Ráadásul az elmúlt évek geopolitikai felfordulásai fájdalmasan megmutatták az ezzel a függőséggel járó kockázatokat.

A fémes üzemanyagok, mint például az alumínium és a vas, oxigént (O₂) igényelnek az energia felszabadításához. A reakció hasonló az égéshez, de gyakran oxidáció formájában megy végbe, pl.:

Alumínium + Oxigén → Alumínium-oxid (Al₂O₃)

Vas + Oxigén → Vas-oxid (Fe₂O₃ / Fe₃O₄)

Ezek a reakciók sok hőt szabadítanak fel – és pontosan ezt az energiát szeretnék tárolásra használni.

A hidrogén (H₂) ma már jól ismert energiahordozó, de nehezen tárolható és szállítható.

A fémes üzemanyagokat alternatívának tekintik, mert:

◾️ nagyon energiában gazdagok,

◾️ könnyen szállítható (szilárd, nem illékony),

◾️ újrafelhasználhatók – az oxidok újrahasznosíthatók és fémmé redukálhatók, gyakran megújuló villamos energia felhasználásával.

Egyes koncepciók hidrogént használnak az oxidált fém tiszta fémmé alakítására.

A fémes energiatárolás fizikája

A fémes üzemanyagok alapelve az elegáns kémiai visszafordíthatóságon alapul. Az olyan fémek, mint az alumínium, a vas vagy a szilícium, redukciós folyamat során elektromos energiával tölthetők fel, amelynek során oxigén szabadul fel oxidformáikból. A kapott tiszta fémek erősen sűrített energiatárolóként működnek. Szükség esetén ez a folyamat megfordul. A fém vízzel vagy gőzzel reagálva hidrogént és hőt termel. A hidrogén üzemanyagcellákban felhasználható áram előállítására, míg a hő közvetlenül a fűtési rendszerekbe táplálható.

Az energiasűrűség alapvetően különbözteti meg a fémes üzemanyagokat a gáz halmazállapotú alternatíváktól. Az alumínium elméleti energiasűrűsége meghaladja a nyolc kilowattórát kilogrammonként, térfogatsűrűsége pedig a huszonhárom kilowattórát literenként. Még a nagy nyomáson, hétszáz bar nyomáson sűrített hidrogén is csak körülbelül egy kilowattórát ér el literenként térfogatilag. Egy liter vas több mint nyolc órán át tudna ellátni energiával egy átlagos német háztartást, míg egy liter erősen sűrített hidrogén egy órára sem lenne elég.

Ezeknek a fizikai tulajdonságoknak messzemenő gyakorlati következményei vannak. A fémporok vagy -granulátumok szobahőmérsékleten és normál nyomáson tárolhatók és szállíthatók. Nincs szükség drága nagynyomású tartályokra vagy bonyolult hűtési technológiára. A biztonsági követelmények összehasonlíthatók a hagyományos ömlesztett anyagokéval. A robbanásveszélyt, például a finom fémporral járó veszélyeket, nagyobb granulátumok használatával kerülik el. A svájci SPF Napenergia-technológiai Intézet az OST-nél például alumínium 6060 huzalgranulátummal dolgozik, amely kereskedelmi forgalomban kapható, és nem igényel különleges biztonsági intézkedéseket.

Az anyagjelöltek összehasonlítása

Az alumíniumot tartják a legígéretesebb jelöltnek a fémes tüzelőanyagok között. Magas, elméletileg több mint nyolc kilowattóra/kilogramm energiasűrűségével jelentősen felülmúlja az összes többi nem mérgező fémet. Vízzel reagálva a tárolt energia körülbelül fele hőként, ötven százaléka pedig hidrogénként szabadul fel. Ez utóbbi ötven százalékos hatásfokkal alakítható át villamos energiává egy üzemanyagcellában, így összességében körülbelül hetvenöt százalék hő és huszonöt százalék villamos energia arányt eredményez. Ez a kombináció ideális épületenergetikai rendszerek számára, ahol jellemzően a hőigény dominál.

Az alumíniummal kapcsolatos kihívás az energiaigényes előállítása. Körülbelül tizenhárom-tizenhét kilowattóra elektromos energiára van szükség minden kilogramm primer alumínium előállításához. A széntüzelésű energiatermelés ebben a folyamatban akár húsz kilogramm szén-dioxidot is termelhet kilogrammonként alumíniumként. Még megújuló energiaforrások használata esetén is a hagyományos Hall-Héroult eljárás körülbelül másfél tonna szén-dioxidot szabadít fel alumíniumonként, mivel a szénanódok elhasználódnak és szén-dioxiddá reagálnak.

Itt jön képbe az innováció. A REVEAL európai kutatási projektben az OST vezette tudósok egy teljesen szén-dioxid-mentes alumíniumgyártási folyamatot fejlesztenek úgynevezett inert anódok használatával. Ezek az anódok olyan fémötvözetekből állnak, amelyek az elektrolízis során nem emésztődnek fel, és szén-dioxid helyett tiszta oxigént bocsátanak ki. Az izlandi partner, az IceTec, párhuzamosan dolgozik a technológia ipari megvalósításán, a könnyen rendelkezésre álló geotermikus és vízenergia felhasználásával. Német vállalatok, mint például a Trimet, szintén előremozdítják a fejlesztést, és már üzembe helyeztek demonstrációs üzemeket.

A vas pragmatikus alternatívaként jelenik meg. Körülbelül 0,2–0,3 kilowattóra/kilogramm energiasűrűségével jelentősen alacsonyabb, mint az alumíniumé, de számos más tárolási technológiával továbbra is versenyképes marad. A vas döntő előnye a rendelkezésre állása és az alacsony költsége. A földkéreg negyedik leggyakoribb elemeként a vasérc gyakorlatilag korlátlan mennyiségben áll rendelkezésre anélkül, hogy jelentősen befolyásolná a világpiaci árakat.

A vas és a víz reakciója nagyon kevés hőt termel. Az összes tárolt energia átkerül a keletkező hidrogénbe, amely ezután körülbelül ötven százalékos hatásfokkal alakítható át villamos energiává. Ez az arány különösen vonzóvá teszi a vasat azokban az alkalmazásokban, ahol a villamosenergia-igény kiemelkedő. A Wendelin Stark professzor vezette kutatócsoport az ETH Zürichben egy kísérleti üzemet üzemeltet a Hönggerberg campuson, amely szezonálisan tárolja a hidrogént vas-oxid segítségével. Ez a technológia körülbelül tízszer olcsóbbnak tekinthető, mint a hagyományos hidrogéntárolás.

A zöld hidrogénnel történő közvetlen redukció már iparilag bevált módszer a vasgyártásban. Olyan vállalatok, mint az ArcelorMittal és a thyssenkrupp, a hidrogénalapú acélgyártásra való átálláson dolgoznak. Ez a technológia közvetlenül energiatárolásra is használható. Érettségi szintje kilences skálán hat és hét között van, így közeledik a piaci érettséghez. Az üzemek normál nyomáson és körülbelül 800 Celsius-fokon üzemeltethetők, ami korlátozza a műszaki bonyolultságot.

A szilícium egy harmadik lehetőséget képvisel. Az alumíniumhoz hasonló nagy energiasűrűséget ötvözi a jó hozzáférhetőséggel. Mivel az oxigén után a második leggyakoribb elem a földkéregben, gyakorlatilag nincsenek erőforrás-korlátok. A termelési technológia a napelemiparnak köszönhetően jól kidolgozott. A szilícium energiatároló közegként való felhasználásával kapcsolatos kutatások azonban kevésbé fejlettek, mint az alumínium és a vas esetében. A Darmstadti Műszaki Egyetem az A-STEAM projekt keretében vizsgálja a szilíciumot, de valószínűleg több évbe telik, mire ipari alkalmazásokban is felhasználják.

Az átalakulás közgazdaságtana

A fémes tüzelőanyagok gazdasági életképessége döntően függ a szénmentes fémkitermelés termelési költségeitől. A hagyományos alumíniumár mellett, amely körülbelül 2650 dollár tonnánként, 2035-ben körülbelül 400 dollár többletköltség merülne fel, ha az inert anód technológiát ipari szinten alkalmazzák. Hosszú távon a költségek várhatóan a 2020-as szinten stabilizálódnak, bár a hagyományos termelés hipotetikus folytatásához képest körülbelül 300 dolláros felárral.

Ezeket a többletköltségeket azonban az általános kontextusban kell szemlélni. Az alumíniumipar dekarbonizációjába történő beruházások becslések szerint körülbelül egybillió dollárra rúgnak, amelynek nagyjából a felét alacsony kibocsátású energia előállítására szánják. Kétszázmilliárd dollárt különítettek el az alacsony szén-dioxid-kibocsátású anódokra. De ezek a beruházások egyidejűleg egy teljesen új energiatárolási piac alapjait is lefektetik, amely messze túlmutat az alumínium hagyományos felhasználásán.

A megújuló villamos energia fémes tárolással történő visszaalakításának összhatékonysága mindhárom fém esetében ötven és hatvan százalék között mozog. Ez az érték elsőre alacsonynak tűnik a nyolcvanöt-kilencvenöt százalékos hatásfokú lítium-ion akkumulátorokhoz képest. Az értékelés során azonban számos tényezőt figyelembe kell venni. Először is, az összehasonlítás csak az összehasonlítható tárolási időtartamú alkalmazások esetében releváns. Az akkumulátorok óráktól néhány napig, míg a fémes üzemanyagok hónapokig, évekig használhatók. A tárolt kilowattóránkénti költség drámaian megnő az akkumulátorok esetében a növekvő tárolási időtartammal, mivel a beruházási költségek kevesebb ciklusra oszlanak el.

Másodszor, a hőt teljes mértékben felhasználható energiaforrásként kell figyelembe venni. A fűtési igényű épületekben egy 75 százalékban hőt és 25 százalékban villamos energiát használó rendszer potenciálisan ideálisabb, mint a tiszta villamos energia, amelyet először hőszivattyúval kell átalakítani. A svájci kutatók az alumínium tárolórendszerek miatt télen kilowattóránként körülbelül 20 centes villamosenergia- és fűtési költségeket várnak. Ez versenyképes lenne számos alternatív energiaellátási lehetőséggel.

A hidrogénnel előállított villamos energia gázzá alakítása mindössze 30-40 százalékos hatásfokot ér el, ha egyszerűen, hőhasznosítás nélkül visszaalakítják villamos energiává. Metanizációval ez körülbelül 33 százalékra csökken. Csak optimalizált kapcsolt hő- és villamosenergia-termeléssel (CHP) és a hulladékhő következetes hasznosításával érhető el a magasabb fűtőérték alapján 80 százalék feletti hatásfok. A gyakorlatban azonban ezeket az értékeket ritkán érik el. Ezenkívül a hidrogén tárolása és szállítása jelentős költségekkel jár. A földalatti sóbarlangok csak geológiailag megfelelő helyeken valósíthatók meg. Az olyan országok számára, mint Svájc, ahol nincsenek ilyen képződmények, csak a drága föld feletti tartályok vagy az import marad lehetőség.

A különböző technológiák tárolási költségei jelentősen eltérnek. A szezonális hőtároló rendszerek megawattóránként 25 és 400 svájci frank közötti összegbe kerülnek a tárolt energiából. Az elektromos energia esetében a szivattyús energiatározós erőművek költsége megawattóránként körülbelül 100 frank, de más szezonális energiatároló rendszerek esetében ez az érték több mint tízszeresére nő. A lítium-ion akkumulátorok jelenleg kilowattóránként 400 és 1000 euró közötti áron kaphatók tárolókapacitásonként. Bár ezek az árak drasztikusan csökkentek, a szezonális tárolás továbbra is megfizethetetlenül drágák.

A szivattyús energiatározós erőművek kivételesen jól működnek napi és heti ciklusokban, 70-85 százalékos hatásfokot érve el. Azonban a szezonális, évi egyetlen ciklussal történő tárolás költségei meghaladják a két eurót kilowattóránkénti többlet villamos energiára vetítve. A megfelelő helyszínek földrajzi korlátai tovább korlátozzák a bővítési potenciált. Egy teljes mértékben megújuló energiákra átállt gazdaságban a meglévő szivattyús energiatározó kapacitások messze nem lennének elegendőek.

Rendszerintegráció és szektorösszekapcsolás

A fémes tüzelőanyagok erőssége abban rejlik, hogy zökkenőmentesen integrálódnak az ágazati összekapcsolás koncepciójába. Ez a kifejezés a hagyományosan elkülönült villamosenergia-, hő- és mobilitási ágazatok összekapcsolását írja le. Míg a villamosenergia-ágazatban a megújuló energiára való áttérés már jól előrehaladott, a hőellátás és a közlekedés továbbra is nagymértékben függ a fosszilis tüzelőanyagoktól. Európa évente több mint háromszázmilliárd eurót költ szén, olaj és gáz importjára – ez a pénz a saját gazdasága számára veszteséges.

A fémes tüzelőanyagok rugalmas szektorkapcsolást tesznek lehetővé. Nyáron a felesleges fotovoltaikus villamos energiát a fémoxidok redukálására használják. A keletkező fémet tárolják. Télen oxidáció történik, hőt és hidrogént termelve. A hő közvetlenül a fűtési rendszerbe áramlik, ideális esetben egy hőszivattyúval összekapcsolva, ami enyhébb hőmérsékleten növeli a hatékonyságot. A hidrogént egy üzemanyagcellában alakítják át villamos energiává, és az ebből a folyamatból származó hulladékhőt visszatáplálják a fűtési rendszerbe.

Ez a kombináció pontosan megoldja az európai energiarendszerek központi problémáját. Németországban a fűtési igény a teljes végső energiafogyasztás nagyjából felét teszi ki. Ennek jelentős része a téli hónapokra koncentrálódik. Egy olyan tárolórendszer, amely elsősorban hőt szolgáltat, miközben jelentős mennyiségű villamos energiát is termel, tökéletesen megfelel ennek az igényprofilnak. A Luzerni Alkalmazott Tudományok és Művészetek Egyeteme kiszámította, hogy a lakóépületek következetes szigetelése hőszivattyúkkal kombinálva gyakorlatilag kiküszöbölhetné Svájc téli áramhiányát. A fémtároló rendszerekkel együtt egy ilyen rendszer optimálisan hasznosítaná a nyári villamosenergia-felesleget, és biztosítaná a megbízható téli ellátást.

A svájci kutatók modellje szerint az összes többlakásos épület fémtároló rendszerekkel való felszerelése jelentősen csökkenthetné a várhatóan nyolc terawattórás téli áramkiesést 2050-re. Már az összes többlakásos épület felének felszerelése is több terawattórával járulna hozzá a termeléshez. Ennek a megoldásnak a decentralizált felépítése elkerüli a költséges hálózatbővítési intézkedéseket, és a redundancia révén növeli az ellátásbiztonságot.

További perspektívák jelennek meg az ipari alkalmazások terén. A folyamathő az ipari energiaigény jelentős részét teszi ki. A hőszivattyúk, elektródás kazánok vagy ellenállásfűtés segítségével történő közvetlen villamosítás technikailag megvalósítható, és már számos hőmérsékleti tartományban elérhető. A fémes tüzelőanyagok azonban megoldást kínálhatnak, különösen a magas hőmérsékletű folyamatok és az alapterhelés stabilitása esetén. A vaspor égése elérheti az 1800 Celsius-fokot meghaladó hőmérsékletet, ami számos ipari folyamathoz elegendő.

Az átalakított széntüzelésű erőművek fémporokkal üzemeltethetők lennének. A meglévő égetési, gőzkeringetési és energiatermelési infrastruktúra nagyrészt kihasználható lenne. A keletkező fém-oxidot összegyűjtenék és bőséges megújuló energiával rendelkező létesítményekbe szállítanák a csökkentés érdekében. Ez a megközelítés kihasználná a meglévő létesítményeket, megőrizné a munkahelyeket, és egyidejűleg hozzájárulna a dekarbonizációhoz. A Darmstadti Műszaki Egyetem (TU Darmstadt) ezt a koncepciót a Tiszta Körök Kezdeményezés részeként vizsgálja.

EU-s és németországi szakértelmünk üzletfejlesztés, értékesítés és marketing terén - Kép: Xpert.Digital

Iparági fókusz: B2B, digitalizáció (AI-tól XR-ig), gépészet, logisztika, megújuló energiák és ipar

Bővebben itt:

• Szakértői Üzleti Központ

Egy témaközpont betekintésekkel és szakértelemmel:

• Tudásplatform a globális és regionális gazdaságról, az innovációról és az iparágspecifikus trendekről
• Elemzések, impulzusok és háttérinformációk gyűjtése fókuszterületeinkről
• Szakértelem és információk helye az üzleti és technológiai fejleményekről
• Témaközpont olyan vállalatok számára, amelyek a piacokról, a digitalizációról és az iparági innovációkról szeretnének többet megtudni

Technológiai érettség és fejlődési kilátások

A különböző komponensek technológiai érettsége jelentősen eltér. A fémek energiafelszabadítás céljából történő oxidációja már régóta ismert, és speciális alkalmazásokban már alkalmazzák. Az alumínium- és vasrészecskéket Ariane gyorsítórakétákban, tűzijátékokban és más pirotechnikai alkalmazásokban használják. Az alapvető kémiai folyamatokat így elsajátították és megértették.

A mérsékelt hőmérsékleten vízzel vagy gőzzel végzett, szabályozott reakció hő- és hidrogéntermelés céljából jelenleg kísérleti fázisban van. A rapperswili SPF Napenergia-technológiai Intézet megbízta a REVEAL projekt részeként kifejlesztett prototípust. Üzembe helyezése után ez a prototípus bemutatja, hogyan lehet kémiai folyamatokkal alumíniumból hőt és villamos energiát előállítani épületek számára. A termelt energia felhasználható épületek és ipari üzemek energiaellátására, vagy távfűtési hálózatokba táplálható.

Az ETH Zürich egy kísérleti üzemet üzemeltet vasalapú hidrogéntárolásra a hönggerbergi kampuszon. Három rozsdamentes acél tartály, amelyek egyenként 600 kilogramm vas-oxidot tartalmaznak, hosszú távon körülbelül tíz megawattóra hidrogént képes tárolni. Ez négy-hat megawattóra villamos energiát termel, az átalakítási technológiától függően. Az üzem 2024 óta működik, és a tervek szerint 2026-ra bővítik, hogy a kampusz téli villamosenergia-szükségletének egyötödét szezonálisan tárolt napenergiával fedezze. Az ezer tonna vas-oxidra való bővítés két gigawattóra villamos energiát biztosíthatna, ami a Nant de Drance szivattyús-tározós erőmű kapacitásának egytizedével vetekszik.

A legnagyobb technológiai kihívás a szén-dioxid-mentes fémgyártásban rejlik. Vas esetében a zöld hidrogénnel történő közvetlen redukció már iparilag bizonyított. Számos acélgyártó vállalat épít jelenleg demonstrációs üzemeket, és fokozatos átállást tervez 2030-ról 2040-re. A technológia érettségi szintje körülbelül hét-nyolc egy kilences skálán, és így közeledik a kereskedelmi forgalomba hozatalhoz.

Az inert anódos technológia áttörés küszöbén áll az alumíniumiparban. Az esseni Trimet 2024 óta üzemeltet egy demonstrációs üzemet termelési körülmények között. A vállalat az ipari megvalósítást 2040-re, a klímasemlegességet pedig 2045-re tervezi. Nemzetközi vállalatok, mint például a Norsk Hydro és a Rio Tinto is jelentős összegeket fektetnek be ebbe a technológiába. Az Apple már megvásárolta az első alumíniumszállítmányt egy kísérleti üzemből, amelyben inert anódok találhatók okostelefonokban való felhasználásra. Ez a technológia kereskedelmi érdeklődését és hitelességét bizonyítja.

A méretezés továbbra is kritikus tényező. Az alumínium globális éves termelése körülbelül hetvenmillió tonna, míg az acéltermelés közel kétmilliárd tonna. További termelési kapacitásra lenne szükség ahhoz, hogy jelentősen hozzájáruljunk a szezonális energiatároláshoz. Ez azonban nem feltétlenül destabilizálná az árupiacokat. Az alumínium és a vas a földkéreg leggyakoribb elemei közé tartozik. Erőforrásaik gyakorlatilag korlátlanok. A termelést elsősorban a megfizethető megújuló energia elérhetősége korlátozná.

Pontosan itt rejlik egy kulcsfontosságú lehetőség. Azok a régiók, ahol kiválóak a megújuló energiaforrások, de alacsony a helyi kereslet, fémtermelőkké válhatnak. Izland geotermikus és vízerőműveivel, Észak-Afrika intenzív napsütésével, vagy Patagónia szélerőműveivel nagymértékben termelhetne fémeket exportra. A szállítás egyszerű és biztonságos. A konténerhajók normál körülmények között, a folyékony hidrogénnel vagy a cseppfolyósított földgázzal járó kockázatok és költségek nélkül szállíthatják a fémgranulátumokat.

A globális energiaáramlások újragondolása

Az energiaellátás fémes energiahordozókon keresztüli nemzetközivé tétele alapvetően megváltoztatná a globális kereskedelmi áramlásokat. Európa évente több mint háromszázmilliárd eurót költ fosszilis tüzelőanyagok importjára. Németország önmagában nyolcvan és százharminc milliárd euró között költ erre. Ezek a hatalmas összegek nagyrészt olyan országokba áramlanak, ahol autoriter rezsimek vannak, és amelyek politikája gyakran ellentmond az európai értékeknek. Ezen importok finanszírozása hozzájárul a geopolitikai instabilitáshoz, és sebezhetővé teszi Európát a zsarolással szemben, amint azt a közelmúltbeli energiaválságok fájdalmasan bizonyították.

A fémes energiahordozókra való áttérés megoldhatná ezeket a függőségeket, miközben egyidejűleg új partnerségeket is lehetővé tenne. A bőséges megújuló erőforrásokkal rendelkező, de korlátozott hazai iparosodással rendelkező országok értékes exportperspektívára tehetnének szert. Marokkó napenergia-potenciáljával; Chile szél- és geotermikus kapacitásával; vagy Ausztrália, hatalmas, megújuló energiatermelésre alkalmas földterületével fémtermelővé válhatna. Ezek az országok túlnyomórészt demokratikusak, és alapvető értékeket osztanak Európával. Az energiaimport így a fejlesztés finanszírozásához járulna hozzá, ahelyett, hogy az autokráciákat támogatná.

A fémes tüzelőanyagok körforgásos gazdasága alapvetően eltér a fosszilis tüzelőanyagokétól. A szén, az olaj és a gáz visszafordíthatatlanul elég, és üvegházhatású gázokká alakul. A fémek ezzel szemben zárt körben keringenek. Az oxidált fémet visszaszállítják a redukálóüzembe, és újratöltik. Ez a ciklus elméletileg korlátlan számú alkalommal megismételhető anyagveszteség vagy -bomlás nélkül. Az ETH Zürich kutatói azt is megfigyelték, hogy a vasreaktorok tárolókapacitása minden ciklussal kismértékben növekszik.

Ennek a körforgásos megközelítésnek messzemenő gazdasági következményei vannak. A fémgyártásba történő befektetés számos ciklus alatt megtérül. Az akkumulátorokkal ellentétben, amelyek kapacitása minden ciklussal csökken, a fémtároló rendszerek korlátlan ideig használhatók maradnak. Míg a redukciós és oxidáló üzemekbe, valamint magába a fémbe történő kezdeti befektetések jelentősek lehetnek, évtizedek alatt a tárolt kilowattóránkénti költségek versenyképessé válnak.

A svájci kutatók modellszámításai kilowattóránként körülbelül húsz centiméteres költségekkel számolnak egy alumínium tárolórendszerből származó villamos energia és hő esetében. Ez összhangban van a megújuló energiák termelési költségeivel, és jelentősen elmarad a téli hónapokban a csúcsterhelés alatti villamos energia költségeitől. A technológiai érettség és a skálázás növekedésével a költségek várhatóan tovább csökkennek. A fotovoltaikus és a szélenergia története jól mutatja, hogy a tanulási görbe hatásai milyen drámai költségcsökkenést eredményezhetnek.

Kockázatok és kihívások

Ígéretes potenciálja ellenére jelentős kihívások és kockázatok állnak fenn. A technológiai fejlesztés még nem fejeződött be. Különösen az inert anódokat használó szén-dioxid-mentes alumíniumgyártás csak most kezdi meg az ipari megvalósítást. Számos korábbi kísérlet kudarcot vallott a technológia bevezetésére. Az inert anód arról híres, hogy mindig a befejezés küszöbén áll, anélkül, hogy valaha is áttörést érne el.

A megnövekedett villamosenergia-költségek problémát jelentenek. Az inert anódok nemcsak hogy nem bocsátanak ki szén-dioxidot, de nem is szolgáltatnak folyamatenergiát, mint a szénanódok. Ezért megnő az alumínium tonnánkénti villamosenergia-igénye. Az európai energiaköltségek már így is magasak, ami ronthatja a versenyképességet. Az alumíniumgyártás tovább tevődhet az olcsó energiával rendelkező régiókba, míg Európa pusztán importőrré válna.

Élénkül a verseny a megújuló energiáért. Számos ágazat törekszik az elektromosításra. Az iparnak zöld hidrogénre van szüksége a kémiai folyamatokhoz és az acélgyártáshoz. A közlekedés villamossá válik, több millió elektromos járművel. A digitális infrastruktúrák az adatközpontjaikkal együtt egyre több villamos energiát fogyasztanak. Ebben a versenyképes környezetben a fémes tárolási megoldásoknak még bizonyítaniuk kell gazdasági fölényüket.

Az infrastrukturális követelmények jelentősek. Több millió decentralizált tárolórendszerre vagy nagy központosított létesítményre lenne szükség ahhoz, hogy jelentősen hozzájáruljanak a téli energiaellátáshoz. Ennek az infrastruktúranak a kiépítése időt, tőkét és politikai akaratot igényel. Az ilyen rendszerek megtérülési ideje évtizedekig is elnyúlhat, ami elriaszthatja a magánbefektetőket. Valószínűleg kormányzati támogatásokra és szabályozási ösztönzőkre lenne szükség.

A masszívan kibővített fémgyártás környezeti hatását kritikusan meg kell vizsgálni. Még ha a gyártási folyamat szén-dioxid-semleges is, hatalmas mennyiségű villamos energiát fogyaszt. Ennek a villamos energiának, minden más energiaigény mellett, megújuló forrásokból kell származnia. A szükséges szél- és naperőművekhez szükséges földterület jelentős. Továbbá az alumínium előállításához szükséges bauxit kitermelése nagymértékű bányászatot igényel, aminek ökológiai és társadalmi következményei vannak.

Az új energiatechnológiák társadalmi elfogadottsága törékeny. Minden nagyméretű ipari üzem helyi ellenállásba ütközik. A szélturbinák, napelemparkok és távvezetékek építését rendszeresen késleltetik vagy megakadályozzák a polgári kezdeményezések. A fémhulladék-csökkentő üzemek, amelyek magas hőmérsékleten működnek és jelentős mennyiségű villamos energiát fogyasztanak, hasonló ellenállásba ütközhetnek. Az előnyökről, kockázatokról és környezeti hatásokról szóló átlátható kommunikáció elengedhetetlen.

Stratégiai kilátások Európa számára

Európa számára a fémes üzemanyagok fejlesztése stratégiai lehetőséget kínál a technológiai vezető szerep megszerzésére egy jövőbeli piacon. A svájci és német kutatóintézetek a világ vezető intézményei közé tartoznak ezen a területen. A REVEAL projekt vezető európai partnereket hoz össze. A kohászat, a kémiai folyamatmérnökség és az energiarendszer-integráció terén az ipari szakértelem könnyen elérhető Európában.

Egy összehangolt európai stratégia több elemet is magában foglalhatna. Először is, a kutatásfinanszírozás folytatása és fokozása. A korábbi beruházások jelentős előrelépést tettek lehetővé. A finanszírozás növelése növelné a technológiai előnyt. Másodszor, szabályozási ösztönzők létrehozása a piacra lépéshez. A betáplálási tarifák vagy a beruházási támogatások motiválhatnák a korai alkalmazókat.

Harmadszor, az integráció az európai energiainfrastruktúra-stratégiába. A tervezett hidrogénhálózatok kibővíthetők lennének a fémes energiahordozók befogadására is. A meglévő gázinfrastruktúra részben átalakítható lenne. Negyedszer, a nemzetközi együttműködés azokkal az országokkal, amelyek ideális feltételeket kínálnak a fémgyártáshoz. Az észak-afrikai országokkal való fejlesztési partnerségek, a dél-amerikai termelési kapacitásokba való beruházások vagy az ázsiai technológiaátadás mindenki számára előnyös helyzeteket teremthetnének.

A geopolitikai dimenziót nem szabad alábecsülni. A fosszilis tüzelőanyagok importjától való függőség csökkenése jelentősen növeli Európa politikai cselekvési szabadságát. A téli energiaellátás biztosításának képessége belföldi vagy megbízható nemzetközi forrásokból erősíti a külső sokkhatásokkal szembeni ellenálló képességet. Az energiaforrások és az ellátási láncok diverzifikálása csökkenti az autoriter rezsimek zsarolásának lehetőségét.

Ugyanakkor új függőségek is felmerülnek. Európa potenciálisan függővé válhat a fémimporttól, hasonlóan a fosszilis tüzelőanyagoktól való jelenlegi függőségéhez. A különbség a fémek visszafordíthatóságában és körforgásos jellegében rejlik. Újrahasznosíthatók és újrafelhasználhatók. Ezáltal elkerülhető a véges fosszilis erőforrásoknál tapasztalható egzisztenciális szűkösség. Továbbá a termelés elvileg Európán belül is megvalósulhatna, feltéve, hogy elegendő és megfizethető megújuló energia áll rendelkezésre.

Az energiatárolás jövője

A fémes tüzelőanyagok nem lesznek az egyetlen megoldás az energetikai átállás kihívásaira. Inkább a tárolási technológiák diverzifikált portfóliójának részét képezik majd. A lítium-ion akkumulátorok rövid távon, óráktól napokig megőrzik erejüket. A szivattyús-tározós vízerőművek nélkülözhetetlenek maradnak a hálózat stabilizálásához és a napi és heti ingadozások kiegyensúlyozásához. A hidrogénre az iparban technológiai gázként és redukálószerként lesz szükség.

A fémes tüzelőanyagoknak sajátos piaci réspiacuk van a szezonális hosszú távú tárolásban, elsősorban a hőellátásban. Itt egyesítik a nagy energiasűrűség, a könnyű kezelhetőség, az olcsó nyersanyagok és a jó szektorcsatolás előnyeit. Ez a kombináció teszi őket jobbá más technológiákkal szemben. A további fejlesztések megmutatják, hogy ezek az elméleti előnyök a gyakorlatban is megvalósíthatók-e, és ha igen, milyen gyorsan.

Az elkövetkező évek kulcsfontosságúak lesznek. Számos kísérleti üzem működik vagy épül. Az ezekből a projektekből származó tapasztalatok fogják feltárni, hogy teljesülnek-e a műszaki és gazdasági elvárások. Az inert anódtechnológia fejlesztése fogja meghatározni, hogy a szén-dioxid-mentes alumíniumgyártás valóban lehetségessé válik-e nagymértékűvé. Az ipar és a politikai döntéshozók hajlandósága a technológiába való befektetésre fogja meghatározni az időkeretet.

A fémtároló rendszerek meglévő energiarendszerekbe való integrálása nemcsak technológiai innovációt igényel, hanem szabályozási és piaci innovációt is. Új üzleti modelleket kell kidolgozni, amelyek figyelembe veszik a fémtárolás sajátosságait. A termelők, a tárolóüzemeltetők és az energiaszolgáltatók közötti hosszú távú szerződések szükségesek a beruházások biztonságának garantálásához. Az éghajlattal és az energiával kapcsolatos előnyök értékelésének tükröződnie kell a megfelelő piaci árakban vagy támogatási mechanizmusokban.

Az energiatárolásról szóló nyilvános vitát szélesíteni kell. Túl sokáig a vita egyoldalúan a hidrogénre, mint állítólagos univerzális megoldásra összpontosított. A valóság ennél összetettebb. A különböző alkalmazások különböző megoldásokat igényelnek. A fémes üzemanyagok kiemelkedő helyet érdemelnek ebben a környezetben. Előnyeik túl jelentősek ahhoz, hogy figyelmen kívül hagyjuk őket. Potenciáljuk túl nagy ahhoz, hogy kiaknázatlan maradjon.

Az energiarendszer átalakítása az évszázad egyik legnagyobb technológiai és gazdasági kihívása. Ehhez bátorságra van szükség az innovációhoz, befektetési hajlandóságra és az új megoldások iránti nyitottságra. A fémes üzemanyagok ilyen megoldást kínálnak. Többet jelentenek, mint pusztán érdekes laboratóriumi kuriózum. Áttörést jelenthetnek a szezonális energiatárolásban, építőelemeket jelenthetnek a téli áramhiány megoldásában, és utat nyithatnak az energiafüggetlenséghez. Olyan alternatívát jelentenek, amely nem helyettesíti a hidrogént, de hatékonyan kiegészíti, és bizonyos alkalmazásokban felülmúlja azt. A további fejlesztések figyelmet, támogatást és kritikai vizsgálatot érdemelnek. Az elkövetkező évek megmutatják, hogy a fémes üzemanyagok beváltják-e ígéretüket.

Profitáljon az Xpert.Digital széleskörű, ötszörös szakértelméből egy átfogó szolgáltatáscsomagban | K+F, XR, PR és digitális láthatóság optimalizálása - Kép: Xpert.Digital

Az Xpert.Digital mélyreható ismeretekkel rendelkezik a különböző iparágakról. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy személyre szabott stratégiákat dolgozzunk ki, amelyek pontosan az Ön konkrét piaci szegmensének követelményeihez és kihívásaihoz igazodnak. A piaci trendek folyamatos elemzésével és az iparági fejlemények követésével előrelátóan tudunk cselekedni és innovatív megoldásokat kínálni. A tapasztalat és a tudás ötvözésével hozzáadott értéket generálunk, és ügyfeleink számára meghatározó versenyelőnyt biztosítunk.

Bővebben itt:

• Használja ki az Xpert.Digital ötszörös szakértelmét egy csomagban – mindössze 500 €/hó áron

☑️ Üzleti nyelvünk angol vagy német

☑️ ÚJ: Levelezés az Ön nemzeti nyelvén!

Konrad Wolfenstein

Szívesen szolgálok Önt és csapatomat személyes tanácsadóként.

Felveheti velem a kapcsolatot az itt található kapcsolatfelvételi űrlap kitöltésével , vagy egyszerűen hívjon a +49 89 89 674 804 (München) . Az e-mail címem: wolfenstein ∂ xpert.digital

Nagyon várom a közös projektünket.

☑️ KKV-k támogatása stratégiában, tanácsadásban, tervezésben és megvalósításban

☑️ Digitális stratégia és digitalizáció megalkotása vagy átrendezése

☑️ Nemzetközi értékesítési folyamatok bővítése, optimalizálása

☑️ Globális és digitális B2B kereskedési platformok

☑️ Úttörő üzletfejlesztés / Marketing / PR / Szakkiállítások