Металлическое топливо как источник энергии будущего? Когда алюминий и железо обгонят водород.

Решение проблемы зимнего дефицита электроэнергии? Исследователи создают аккумулятор будущего из металлического порошка — одного литра железа на 8 часов работы: незамеченная революция в области хранения энергии.

Энергетический переход сталкивается с парадоксальной проблемой: в то время как солнечные электростанции производят избыток чистой электроэнергии летом, часть которой остаётся неиспользованной, в тёмные и холодные зимние месяцы грозит значительный дефицит электроэнергии. Этот сезонный дисбаланс является одним из самых устойчивых препятствий на пути к климатической нейтральности и продолжает вынуждать Европу к дорогостоящей зависимости от импорта ископаемого топлива. В то время как общественные дебаты часто фокусируются на водороде как на панацее, в тени исследований созревает потенциально более совершенная альтернатива: хранение энергии в металлических видах топлива, таких как алюминий и железо.

Эта, казалось бы, необычная идея при ближайшем рассмотрении оказывается гениально простым и надёжным решением. Принцип основан на обратимом химическом цикле: избыток летней электроэнергии используется для восстановления оксидов металлов до чистых металлов, которые служат чрезвычайно плотными и безопасными энергоносителями. При необходимости эти металлы вступают в контролируемую реакцию с водой, одновременно выделяя полезное тепло и водород, который затем снова преобразуется в электричество.

Физические преимущества поразительны: один литр алюминия объёмно хранит примерно в 23 раза больше энергии, чем сильно сжатый водород. Металлический порошок или гранулы можно безопасно хранить и транспортировать при комнатной температуре и нормальном давлении – без дорогостоящих резервуаров высокого давления или криогенного охлаждения. Это означает, что металлическое топливо может не только произвести революцию в области сезонного хранения энергии для зданий и промышленности, но и реорганизовать мировые энергетические потоки, открыв Европе путь к преодолению геополитической энергетической зависимости. Пилотные проекты в Швейцарии и Германии уже демонстрируют, что эта технология – нечто большее, чем просто лабораторная идея: она может стать важнейшим, ранее отсутствовавшим компонентом для надёжного и полностью возобновляемого энергоснабжения.

Подходит для:

• Исследования OST – Университет прикладных наук Восточной Швейцарии | Металлические топлива как энергоносители и поставщики

Швейцарский гениальный ход: как незаметный металлический гранулят может положить конец нашей энергетической зависимости

Проблема сезонного накопления энергии — одна из самых острых проблем энергетического перехода. Летом избыток фотоэлектрической энергии в Европе неуклонно растёт, но именно её не хватает в тёмные зимние месяцы. Металлические виды топлива, такие как алюминий и железо, обещают решение, превосходящее по важнейшим параметрам более популярный водород, и способное коренным образом преобразовать энергетический сектор.

Европа столкнулась с фундаментальной энергетической проблемой. Только в Швейцарии ожидается зимний дефицит электроэнергии в размере около восьми-десяти тераватт-часов к 2050 году, несмотря на масштабное развитие фотоэлектрической энергетики. Германия и весь Европейский союз сталкиваются с аналогичной структурной проблемой. В то время как солнечная энергетика летом создаёт избыточные мощности, часть которых приходится сокращать, зимой наблюдается острая нехватка. Эта сезонная разница усугубляется с каждой новой солнечной панелью, установленной на крышах европейских домов и открытых площадках. В то же время растущая электрификация систем отопления и транспорта делает спрос на электроэнергию, особенно в холодные месяцы, ещё более критическим.

Энергетическая зависимость Европы от импорта ископаемого топлива подчёркивает острую необходимость в устойчивых решениях по хранению. Германия ежегодно перечисляет за рубеж от 80 до 130 миллиардов евро за уголь, нефть и газ, в то время как Европейский союз в целом перечисляет более 300 миллиардов евро. Эти огромные суммы утекают из страны вместо того, чтобы инвестироваться во внутреннюю инфраструктуру и будущие технологии. Более того, геополитические потрясения последних лет наглядно продемонстрировали риски, связанные с этой зависимостью.

Металлическим топливам, таким как алюминий и железо, для высвобождения энергии необходим кислород (O₂). Реакция похожа на горение, но часто протекает в форме окисления, например:

Алюминий + Кислород → Оксид алюминия (Al₂O₃)

Железо + Кислород → Оксид железа (Fe₂O₃ / Fe₃O₄)

В ходе этих реакций выделяется огромное количество тепла — именно эту энергию и хочется использовать в качестве хранилища.

Водород (H₂) сегодня является известным энергоносителем, однако его трудно хранить и транспортировать.

Металлические виды топлива считаются альтернативой, поскольку они:

◾️ очень богаты энергией,

◾️ легко транспортируется (твердый, не летучий),

◾️ подлежат повторному использованию — оксиды можно переработать и превратить обратно в металл, часто с использованием возобновляемой электроэнергии.

В некоторых концепциях водород используется даже для превращения окисленного металла обратно в чистый металл.

Физика металлических накопителей энергии

Основной принцип действия металлического топлива основан на эффекте химической обратимости. Такие металлы, как алюминий, железо или кремний, могут быть заряжены электрической энергией в процессе восстановления, в ходе которого из их оксидных форм выделяется кислород. Получающиеся в результате чистые металлы действуют как высокосжатые накопители энергии. При необходимости этот процесс может быть обратным. Металл реагирует с водой или паром, выделяя водород и тепло. Водород может использоваться в топливных элементах для выработки электроэнергии, а тепло – непосредственно в системах отопления.

Плотность энергии принципиально отличает металлическое топливо от газообразных аналогов. Алюминий достигает теоретической плотности энергии более восьми киловатт-часов на килограмм и объёмной плотности более двадцати трёх киловатт-часов на литр. Даже водород, сжатый под высоким давлением в семьсот бар, достигает всего около одного киловатт-часа на литр по объёму. Одного литра железа хватит на обеспечение энергией среднестатистической немецкой семьи более чем на восемь часов, в то время как одного литра сильно сжатого водорода не хватит и на час.

Эти физические свойства имеют далеко идущие практические последствия. Металлические порошки или гранулы можно хранить и транспортировать при комнатной температуре и нормальном давлении. Не требуются дорогостоящие резервуары высокого давления и сложные системы охлаждения. Требования безопасности сопоставимы с требованиями к традиционным сыпучим материалам. Использование гранул большего размера позволяет избежать взрывоопасности, например, связанной с мелкой металлической пылью. Например, Швейцарский институт солнечных технологий SPF при OST работает с гранулами алюминиевой проволоки 6060, которые имеются в продаже и не требуют особых мер безопасности.

Сравнение материалов-кандидатов

Алюминий считается наиболее перспективным кандидатом среди металлических видов топлива. Благодаря высокой плотности энергии, теоретически превышающей восемь киловатт-часов на килограмм, он значительно превосходит все другие нетоксичные металлы. При реакции с водой примерно пятьдесят процентов накопленной энергии выделяется в виде тепла и пятьдесят процентов — в виде водорода. Последний может быть преобразован в электричество в топливном элементе с КПД, равным пятидесяти процентам, что обеспечивает общее соотношение примерно семьдесят пять процентов тепла и двадцать пять процентов электричества. Такое сочетание идеально подходит для энергосистем зданий, где обычно преобладает потребность в тепле.

Проблема производства алюминия заключается в его энергоёмкости. На килограмм первичного алюминия требуется примерно от тринадцати до семнадцати киловатт-часов электроэнергии. Использование угля в этом процессе приводит к образованию до двадцати килограммов углекислого газа на килограмм алюминия. Даже при использовании возобновляемой энергии традиционный процесс Холла-Эру по-прежнему выбрасывает около полутора тонн углекислого газа на тонну алюминия, поскольку угольные аноды сгорают и вступают в реакцию с образованием углекислого газа.

Именно здесь и появляются инновации. В европейском исследовательском проекте REVEAL учёные под руководством OST разрабатывают полностью безуглеродный процесс производства алюминия с использованием так называемых инертных анодов. Эти аноды состоят из металлических сплавов, которые не расходуются в процессе электролиза и выделяют чистый кислород вместо углекислого газа. Исландский партнёр IceTec параллельно работает над промышленным внедрением этой технологии, используя легкодоступную геотермальную и гидроэлектроэнергию. Немецкие компании, такие как Trimet, также продвигают эту разработку и уже ввели в эксплуатацию демонстрационные установки.

Железо представляется практичной альтернативой. Обладая плотностью энергии примерно от 0,2 до 0,3 киловатт-часа на килограмм, оно значительно ниже, чем алюминий, но при этом остаётся конкурентоспособным по сравнению со многими другими технологиями хранения энергии. Решающее преимущество железа — его доступность и низкая стоимость. Железная руда, четвёртый по распространённости элемент в земной коре, доступна практически в неограниченных количествах, не оказывая существенного влияния на мировые цены.

Реакция железа с водой выделяет очень мало тепла. Вся накопленная энергия передается образующемуся водороду, который затем может быть преобразован в электричество с эффективностью около пятидесяти процентов. Такое соотношение делает железо особенно привлекательным для применений, где потребность в электроэнергии имеет первостепенное значение. Исследовательская группа под руководством профессора Венделина Штарка из Швейцарской высшей технической школы Цюриха эксплуатирует пилотную установку в кампусе Хёнггерберг, которая сезонно хранит водород с использованием оксида железа. Эта технология считается примерно в десять раз дешевле традиционного хранения водорода.

Прямое восстановление с использованием «зелёного» водорода уже внедрено в промышленное производство чугуна. Такие компании, как ArcelorMittal и Thyssenkrupp, работают над переходом на производство стали с использованием водорода. Эта технология может быть использована непосредственно для хранения энергии. Уровень её зрелости составляет от шести до семи по девятибалльной шкале, что приближает её к готовности к выходу на рынок. Установки могут работать при нормальном давлении и температуре около 800 градусов Цельсия, что ограничивает техническую сложность.

Кремний представляет собой третий вариант. Он сочетает в себе высокую плотность энергии, сравнимую с алюминием, с доступностью. Будучи вторым по распространённости элементом в земной коре после кислорода, он практически не имеет ограничений по ресурсам. Технология его производства хорошо отлажена благодаря солнечной энергетике. Однако исследования кремния как носителя энергии пока менее продвинуты, чем исследования алюминия и железа. Технический университет Дармштадта изучает кремний в рамках проекта A-STEAM, но, вероятно, пройдёт несколько лет, прежде чем он найдёт промышленное применение.

Экономика трансформации

Экономическая эффективность металлического топлива критически зависит от себестоимости безуглеродной добычи металла. При обычной цене алюминия около 2650 долларов за тонну, при промышленном внедрении технологии инертных анодов к 2035 году возникнут дополнительные затраты примерно на 400 долларов. В долгосрочной перспективе ожидается стабилизация затрат на уровне 2020 года, хотя и с надбавкой примерно на 300 долларов по сравнению с гипотетическим продолжением традиционного производства.

Однако эти дополнительные расходы следует рассматривать в перспективе в общем контексте. Инвестиции в декарбонизацию алюминиевой промышленности оцениваются примерно в один триллион долларов, из которых примерно половина направляется на производство энергии с низким уровнем выбросов. Двести миллиардов долларов предусмотрены на низкоуглеродные аноды. Однако эти инвестиции одновременно закладывают основу для совершенно нового рынка накопления энергии, который выходит далеко за рамки традиционного использования алюминия.

Общая эффективность преобразования возобновляемой электроэнергии в электричество и тепло с помощью металлических аккумуляторов составляет от пятидесяти до шестидесяти процентов для всех трёх металлов. На первый взгляд, этот показатель кажется низким по сравнению с литий-ионными аккумуляторами, эффективность которых составляет от восьмидесяти пяти до девяноста пяти процентов. Однако при оценке необходимо учитывать несколько факторов. Во-первых, сравнение актуально только для приложений со сравнимой продолжительностью хранения. Аккумуляторы подходят для работы от нескольких часов до нескольких дней, в то время как металлические виды топлива подходят для работы от нескольких месяцев до нескольких лет. Стоимость одного киловатт-часа накопленной энергии для аккумуляторов значительно возрастает с увеличением продолжительности хранения, поскольку инвестиционные затраты распределяются на меньшее количество циклов.

Во-вторых, тепло должно учитываться как полноценный источник энергии. В зданиях, где требуется отопление, система с 75% тепла и 25% электричества потенциально более оптимальна, чем чистая электроэнергия, которую необходимо предварительно преобразовать с помощью теплового насоса. Швейцарские исследователи прогнозируют, что зимой стоимость электроэнергии и отопления с использованием алюминиевых накопителей составит около 20 сантимов за киловатт-час. Это будет конкурентоспособно по сравнению со многими альтернативными вариантами энергоснабжения.

КПД преобразования энергии в газ с использованием водорода составляет всего 30–40% при простом обратном преобразовании в электричество без использования тепла. При метанизации этот показатель снижается примерно до 33%. Только при оптимизированной системе комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) и постоянном использовании отходящего тепла можно достичь КПД более 80% за счёт более высокой теплотворной способности. Однако на практике такие значения достигаются редко. Кроме того, хранение и транспортировка водорода требуют значительных затрат. Подземные соляные пещеры осуществимы только в геологически благоприятных местах. Для таких стран, как Швейцария, где таких месторождений нет, остаются только дорогостоящие наземные резервуары или импорт.

Стоимость хранения энергии при использовании различных технологий значительно различается. Сезонные системы накопления тепловой энергии стоят от 25 до 400 швейцарских франков за мегаватт-час. Стоимость электроэнергии для гидроаккумулирующих электростанций составляет около 100 франков за мегаватт-час, но для других сезонных систем накопления энергии она более чем в десять раз выше. Стоимость литий-ионных аккумуляторов в настоящее время составляет от 400 до 1000 евро за киловатт-час. Несмотря на значительное снижение цен, они остаются чрезмерно высокими для сезонных систем накопления.

ГАЭС отлично работают в суточных и недельных циклах, достигая КПД от 70 до 85 процентов. Однако при сезонном хранении, когда цикл всего один в год, затраты возрастают до более чем двух евро за киловатт-час дополнительной электроэнергии. Географическая ограниченность подходящих площадок дополнительно ограничивает потенциал расширения. В экономике, полностью перешедшей на возобновляемые источники энергии, существующих мощностей ГАЭС будет явно недостаточно.

Системная интеграция и отраслевое взаимодействие

Преимущество металлического топлива заключается в его органичной интеграции в концепцию отраслевого взаимодействия. Этот термин описывает связь традиционно разрозненных секторов электроэнергетики, теплоснабжения и мобильности. Хотя переход к возобновляемым источникам энергии в электроэнергетике уже продвинулся, теплоснабжение и транспорт по-прежнему сильно зависят от ископаемого топлива. Европа ежегодно тратит более трёхсот миллиардов евро на импорт угля, нефти и газа — деньги, которые теряются для её собственной экономики.

Металлическое топливо обеспечивает гибкое взаимодействие между секторами. Летом излишки фотоэлектрической электроэнергии используются для восстановления оксидов металлов. Полученный металл хранится. Зимой происходит окисление, в результате которого выделяется тепло и водород. Тепло поступает непосредственно в систему отопления, в идеале в сочетании с тепловым насосом, что повышает эффективность при более низких температурах. Водород преобразуется в электричество в топливном элементе, а отходящее тепло, образующееся в результате этого процесса, затем возвращается в систему отопления.

Такое сочетание точно решает центральную проблему европейских энергосистем. В Германии потребность в отоплении составляет примерно половину от общего конечного потребления энергии. Значительная её часть приходится на зимние месяцы. Система накопления энергии, которая в первую очередь обеспечивает теплом, а также вырабатывает значительное количество электроэнергии, идеально отвечает этому профилю спроса. Люцернский университет прикладных наук и искусств подсчитал, что последовательная изоляция жилых зданий в сочетании с тепловыми насосами может практически устранить зимний дефицит электроэнергии в Швейцарии. В сочетании с металлическими системами накопления энергии такая система позволит оптимально использовать излишки электроэнергии летом и обеспечить надёжное снабжение зимой.

Согласно модели швейцарских исследователей, оснащение всех многоквартирных домов металлическими системами накопления энергии может значительно сократить ожидаемый зимний дефицит электроэнергии в восемь тераватт-часов к 2050 году. Оснащение всего половины всех многоквартирных домов позволит получить несколько тераватт-часов. Децентрализованная структура этого решения позволяет избежать дорогостоящих мер по расширению сети и повысить надежность электроснабжения за счёт резервирования.

Открываются новые перспективы для промышленного применения. Технологическое тепло составляет значительную часть промышленного энергопотребления. Прямая электрификация с использованием тепловых насосов, электродных котлов или резистивного нагрева технически осуществима и уже доступна для многих температурных диапазонов. Однако металлическое топливо может стать решением, особенно для высокотемпературных процессов и обеспечения стабильности базовой нагрузки. Горение железного порошка может достигать температур, превышающих 1800 градусов Цельсия, что достаточно для многих промышленных процессов.

Переоборудованные угольные электростанции могут работать на металлических порошках. Существующая инфраструктура для сжигания, циркуляции пара и выработки электроэнергии может быть в значительной степени использована. Образующийся оксид металла будет собираться и транспортироваться на объекты с достаточным количеством возобновляемых источников энергии для восстановления. Такой подход позволит использовать существующие мощности, сохранить рабочие места и одновременно способствовать декарбонизации. Технический университет Дармштадта изучает эту концепцию в рамках своей инициативы «Чистый круг».

Отраслевые направления: B2B, цифровизация (от искусственного интеллекта до расширенной реальности), машиностроение, логистика, возобновляемые источники энергии и промышленность

Подробнее об этом здесь:

• Xpert Business Hub

Тематический центр с идеями и опытом:

• Платформа знаний о мировой и региональной экономике, инновациях и отраслевых тенденциях
• Сбор анализов, импульсов и справочной информации из наших приоритетных направлений
• Место для получения экспертных знаний и информации о текущих событиях в бизнесе и технологиях
• Тематический центр для компаний, желающих узнать больше о рынках, цифровизации и отраслевых инновациях

Технологическая зрелость и перспективы развития

Технологическая зрелость различных компонентов значительно различается. Окисление металлов для высвобождения энергии известно давно и уже используется в специализированных приложениях. Частицы алюминия и железа используются в ракетах-носителях «Ариан», фейерверках и других пиротехнических изделиях. Таким образом, фундаментальные химические процессы изучены и изучены.

Управляемая реакция с водой или паром при умеренных температурах для получения тепла и водорода в настоящее время находится на стадии пилотного проекта. Институт солнечных технологий SPF в Рапперсвиле заказал разработку прототипа в рамках проекта REVEAL. После ввода в эксплуатацию этот прототип продемонстрирует, как можно получать тепло и электроэнергию для зданий из алюминия посредством химических процессов. Полученную энергию можно использовать для электроснабжения зданий и промышленных предприятий, а также подавать в сети централизованного теплоснабжения.

В кампусе Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) в Хёнгерберге работает пилотная установка для хранения водорода на основе железа. Три резервуара из нержавеющей стали, каждый из которых содержит 600 килограммов оксида железа, способны хранить около десяти мегаватт-часов водорода в долгосрочной перспективе. Это позволяет вырабатывать от четырёх до шести мегаватт-часов электроэнергии, в зависимости от технологии преобразования. Установка работает с 2024 года и к 2026 году планируется её расширение для покрытия пятой части зимних потребностей кампуса в электроэнергии за счёт сезонно аккумулируемой солнечной энергии. Масштабирование до тысячи тонн оксида железа может обеспечить два гигаватт-часа электроэнергии, что сопоставимо с одной десятой мощности гидроаккумулирующей электростанции Нант-де-Дранс.

Самая большая технологическая проблема — производство металлов без выбросов углерода. Для железа прямое восстановление с использованием «зелёного» водорода уже получило промышленное подтверждение. Несколько сталелитейных компаний в настоящее время строят демонстрационные установки и планируют постепенный переход к 2030–2040 годам. Уровень зрелости технологии составляет примерно от семи до восьми по девятибалльной шкале, что приближает её к коммерческой доступности.

Технология инертных анодов находится на грани прорыва в алюминиевой промышленности. Компания Trimet в Эссене с 2024 года эксплуатирует демонстрационный завод в производственных условиях. Компания рассчитывает на промышленную реализацию к 2040 году и достижение климатической нейтральности к 2045 году. Международные корпорации, такие как Norsk Hydro и Rio Tinto, также вкладывают значительные средства в эту технологию. Apple уже закупила первую партию алюминия с пилотного завода с инертными анодами для использования в смартфонах. Это свидетельствует о коммерческом интересе и надежности технологии.

Масштабирование остаётся критически важным фактором. Годовое мировое производство алюминия составляет около семидесяти миллионов тонн, а производство стали — почти два миллиарда тонн. Для обеспечения значительного вклада в сезонное хранение энергии потребуются дополнительные производственные мощности. Однако это не обязательно дестабилизирует товарные рынки. Алюминий и железо — одни из самых распространённых элементов в земной коре. Их запасы практически неисчерпаемы. Производство будет ограничено, прежде всего, доступностью доступной возобновляемой энергии.

Именно здесь кроется ключевая возможность. Регионы с отличными условиями для возобновляемой энергии, но низким местным спросом, могут стать производителями металла. Исландия с её геотермальной и гидроэнергетикой, Северная Африка с её обильным солнцем или Патагония с её ветровыми ресурсами могли бы производить металлы на экспорт в больших масштабах. Транспортировка проста и безопасна. Контейнеровозы могут перевозить металлические гранулы в обычных условиях, без рисков и затрат, связанных с жидким водородом или сжиженным природным газом.

Переосмысление глобальных энергетических потоков

Интернационализация энергоснабжения посредством металлических энергоносителей коренным образом изменит мировые торговые потоки. Европа ежегодно тратит более трёхсот миллиардов евро на импорт ископаемого топлива. Только Германия тратит от восьмидесяти до ста тридцати миллиардов евро. Эти огромные суммы в основном поступают в страны с авторитарными режимами, политика которых часто противоречит европейским ценностям. Финансирование этого импорта способствует геополитической нестабильности и делает Европу уязвимой для шантажа, что наглядно продемонстрировали недавние энергетические кризисы.

Переход на металлические энергоносители мог бы устранить эту зависимость, одновременно открыв новые партнёрские отношения. Страны с богатыми возобновляемыми ресурсами, но ограниченной внутренней индустриализацией получили бы ценные экспортные перспективы. Марокко с его потенциалом солнечной энергетики, Чили с её ветро- и геотермальными мощностями или Австралия с её обширной территорией, пригодной для возобновляемой энергетики, могли бы стать производителями металла. Эти страны преимущественно являются демократическими и разделяют фундаментальные ценности Европы. Таким образом, импорт энергоносителей способствовал бы финансированию развития, а не поддержке автократий.

Циклическая экономика металлического топлива принципиально отличается от экономики ископаемого топлива. Уголь, нефть и газ необратимо сжигаются и превращаются в парниковые газы. Металлы же, напротив, циркулируют по замкнутому циклу. Окисленный металл транспортируется обратно в установку восстановления и перезагружается. Этот цикл теоретически может повторяться неограниченное количество раз без потери материала или ухудшения его свойств. Исследователи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха даже заметили, что ёмкость их железных реакторов немного увеличивается с каждым циклом.

Этот циклический подход имеет далеко идущие экономические последствия. Инвестиции в производство металла окупаются за несколько циклов. В отличие от аккумуляторов, ёмкость которых уменьшается с каждым циклом, металлические системы хранения остаются пригодными к использованию неограниченное время. Хотя первоначальные инвестиции в восстановительно-окислительные установки, а также в сам металл, могут быть значительными, с течением десятилетий стоимость закачанного киловатт-часа становится конкурентоспособной.

Расчёты швейцарских исследователей предполагают, что стоимость электроэнергии и тепла, получаемых из алюминиевой системы хранения, составляет около двадцати сантимов за киловатт-час. Это соответствует себестоимости производства возобновляемых источников энергии и значительно ниже стоимости электроэнергии в период пиковой нагрузки в зимние месяцы. Ожидается, что по мере повышения технологической зрелости и масштабирования производства стоимость будет снижаться и дальше. История фотоэлектричества и ветроэнергетики показывает, насколько значительным может быть снижение затрат благодаря эффекту кривой обучения.

Риски и проблемы

Несмотря на многообещающий потенциал, сохраняются значительные проблемы и риски. Технологическое развитие ещё не завершено. В частности, производство алюминия без выбросов диоксида углерода с использованием инертных анодов только начинает внедряться в промышленное производство. Многочисленные предыдущие попытки внедрить эту технологию потерпели неудачу. Инертный анод имеет репутацию технологии, которая всегда находится на грани завершения, но так и не достигла прорыва.

Рост цен на электроэнергию создаёт проблему. Инертные аноды не только не выделяют углекислый газ, но и не обеспечивают технологический процесс энергией, как угольные аноды. Следовательно, увеличивается потребность в электроэнергии на тонну алюминия. Учитывая и без того высокие цены на энергоносители в Европе, это может снизить конкурентоспособность. Производство алюминия может ещё больше сместиться в регионы с особенно дешёвой энергией, и Европа станет её импортёром.

Конкуренция за возобновляемые источники энергии обостряется. Многие отрасли стремятся к электрификации. Промышленности необходим «зелёный» водород для химических процессов и производства стали. Транспорт становится электрифицированным благодаря миллионам электромобилей. Цифровые инфраструктуры с их центрами обработки данных потребляют всё больше электроэнергии. В этой конкурентной среде металлические системы хранения ещё должны доказать своё экономическое превосходство.

Требования к инфраструктуре значительны. Для обеспечения значительного вклада в зимнее энергоснабжение потребуются миллионы децентрализованных систем хранения или крупных централизованных хранилищ. Создание этой инфраструктуры требует времени, капитала и политической воли. Сроки окупаемости таких систем могут растянуться на десятилетия, что может отпугнуть частных инвесторов. Вероятно, потребуются государственные субсидии и регулирующие стимулы.

Воздействие масштабного расширения производства металла на окружающую среду необходимо критически проанализировать. Даже если производственный процесс является углеродно-нейтральным, он потребляет огромное количество электроэнергии. Эта электроэнергия, помимо всех других энергетических потребностей, должна поступать из возобновляемых источников. Площадь земель, необходимых для строительства ветряных и солнечных электростанций, значительна. Кроме того, добыча бокситов для производства алюминия требует крупномасштабных горных работ, что влечет за собой экологические и социальные последствия.

Общественное признание новых энергетических технологий шатко. Любое крупное промышленное предприятие сталкивается с местным сопротивлением. Строительство ветряных турбин, солнечных электростанций и линий электропередач регулярно задерживается или откладывается из-за гражданских инициатив. Металлообрабатывающие заводы, работающие при высоких температурах и потребляющие значительное количество электроэнергии, могут столкнуться с аналогичным сопротивлением. Прозрачное информирование о преимуществах, рисках и воздействии на окружающую среду имеет решающее значение.

Стратегические перспективы для Европы

Для Европы разработка металлического топлива открывает стратегическую возможность занять технологическое лидерство на будущем рынке. Швейцарские и немецкие исследовательские институты входят в число ведущих мировых организаций в этой области. Проект REVEAL объединяет ведущих европейских партнёров. Промышленный опыт в области металлургии, химической технологии и интеграции энергетических систем широко доступен в Европе.

Скоординированная европейская стратегия могла бы включать несколько элементов. Во-первых, продолжение и активизация финансирования исследований. Предыдущие инвестиции обеспечили значительный прогресс. Увеличение финансирования усилит технологическое лидерство. Во-вторых, создание регуляторных стимулов для выхода на рынок. Закрытые тарифы или инвестиционные гранты могли бы мотивировать ранних последователей.

В-третьих, интеграция в европейскую стратегию развития энергетической инфраструктуры. Планируемые водородные сети могут быть расширены для использования металлических энергоносителей. Существующая газовая инфраструктура может быть частично перепрофилирована. В-четвертых, международное сотрудничество со странами, предлагающими идеальные условия для производства металлов. Партнерство в области развития со странами Северной Африки, инвестиции в производственные мощности Южной Америки или трансфер технологий в Азию могут создать взаимовыгодные условия.

Геополитический аспект не следует недооценивать. Снижение зависимости от импорта ископаемого топлива значительно расширяет политическую свободу действий Европы. Возможность обеспечить энергоснабжение зимой из внутренних или надежных международных источников повышает устойчивость к внешним потрясениям. Диверсификация источников энергии и цепочек поставок снижает вероятность шантажа со стороны авторитарных режимов.

В то же время возникают новые зависимости. Европа потенциально может стать зависимой от импорта металлов, подобно тому, как она сейчас зависит от ископаемого топлива. Разница заключается в обратимости и цикличности металлов. Их можно перерабатывать и использовать повторно. Это позволяет избежать экзистенциального дефицита, характерного для ограниченных ископаемых ресурсов. Более того, производство, в принципе, может быть размещено в Европе при условии наличия достаточного количества и доступности возобновляемой энергии.

Будущее хранения энергии

Металлические виды топлива не станут единственным решением проблем энергетического перехода. Скорее, они станут частью диверсифицированного портфеля технологий хранения энергии. Литий-ионные аккумуляторы сохранят свою ёмкость в краткосрочном диапазоне от нескольких часов до нескольких дней. Гидроаккумулирующие электростанции останутся незаменимыми для стабилизации сети и компенсации суточных и недельных колебаний. Водород будет востребован в промышленности в качестве технологического газа и восстановителя.

Металлические топлива занимают особую нишу в сфере сезонного долгосрочного хранения, в первую очередь для теплоснабжения. Здесь они сочетают в себе преимущества высокой плотности энергии, простоты обращения, недорогого сырья и хорошей отраслевой совместимости. Это сочетание делает их более совершенными по сравнению с другими технологиями. Дальнейшие разработки покажут, смогут ли эти теоретические преимущества быть реализованы на практике и насколько быстро.

Ближайшие годы будут иметь решающее значение. Несколько пилотных установок уже работают или находятся в стадии строительства. Опыт, полученный в ходе этих проектов, покажет, оправдаются ли технические и экономические ожидания. Разработка технологии инертных анодов определит, станет ли производство алюминия без выбросов углекислого газа в промышленных масштабах действительно возможным. Готовность промышленности и политиков инвестировать в эту технологию определит сроки.

Интеграция металлических систем хранения энергии в существующие энергосистемы требует не только технологических инноваций, но и инноваций в сфере регулирования и рынка. Необходимо разработать новые бизнес-модели, учитывающие специфику металлических систем хранения энергии. Для обеспечения инвестиционной безопасности необходимы долгосрочные контракты между производителями, операторами хранилищ и поставщиками энергии. Оценка выгод, связанных с климатом и энергетикой, должна быть отражена в соответствующих рыночных ценах или механизмах поддержки.

Необходимо расширить общественную дискуссию о накоплении энергии. Слишком долго обсуждение однобоко концентрировалось на водороде как на предполагаемом универсальном решении. Реальность сложнее. Различные области применения требуют разных решений. Металлические виды топлива заслуживают заметного места в этой области. Их преимущества слишком значительны, чтобы их игнорировать. Их потенциал слишком велик, чтобы оставаться неиспользованным.

Трансформация энергетической системы — одна из величайших технологических и экономических задач этого столетия. Она требует смелости для инноваций, готовности инвестировать и открытости новым решениям. Металлические виды топлива предлагают одно из таких решений. Это больше, чем просто интересная лабораторная диковинка. Они могут стать революционным решением для сезонного хранения энергии, строительным блоком для решения проблемы зимнего дефицита электроэнергии и проложить путь к энергетической независимости. Это альтернатива, которая не заменяет водород, но эффективно дополняет его и превосходит в некоторых областях применения. Дальнейшее развитие заслуживает внимания, поддержки и критического анализа. Ближайшие годы покажут, смогут ли металлические виды топлива оправдать свои ожидания.

Xpert.Digital обладает глубокими знаниями различных отраслей. Это позволяет нам разрабатывать индивидуальные стратегии, которые точно соответствуют требованиям и задачам вашего конкретного сегмента рынка. Постоянно анализируя тенденции рынка и следя за развитием отрасли, мы можем действовать дальновидно и предлагать инновационные решения. Благодаря сочетанию опыта и знаний мы создаем добавленную стоимость и даем нашим клиентам решающее конкурентное преимущество.

Подробнее об этом здесь:

• Используйте 5-кратный опыт Xpert.Digital в одном пакете — всего от 500 евро в месяц

☑️ Наш деловой язык — английский или немецкий.

☑️ НОВИНКА: Переписка на вашем национальном языке!

 

Я был бы рад служить вам и моей команде в качестве личного консультанта.

Вы можете связаться со мной, заполнив контактную форму или просто позвоните мне по телефону +49 89 89 674 804 (Мюнхен) . Мой адрес электронной почты: wolfenstein ∂ xpert.digital

Я с нетерпением жду нашего совместного проекта.

 

 

☑️ Поддержка МСП в разработке стратегии, консультировании, планировании и реализации.

☑️ Создание или корректировка цифровой стратегии и цифровизации.

☑️ Расширение и оптимизация процессов международных продаж.

☑️ Глобальные и цифровые торговые платформы B2B

☑️ Пионерское развитие бизнеса/маркетинг/PR/выставки.