Geleceğin enerji depolaması metalik yakıtlar mı olacak? Alüminyum ve demir hidrojenin yerini aldığında.

Kışın elektrik açığına çözüm mü? Araştırmacılar geleceğin pilini metal tozundan üretiyor: Bir litre demirden 8 saatlik güç: Enerji depolamada gözden kaçan devrim.

Enerji dönüşümü paradoksal bir zorlukla karşı karşıya: Güneş enerjisi santralleri yaz aylarında bir kısmı kullanılmadan kalan temiz elektrik fazlası üretirken, karanlık ve soğuk kış aylarında önemli bir elektrik açığı tehdidiyle karşı karşıya. Bu mevsimsel dengesizlik, iklim nötrlüğüne giden yolda en kalıcı engellerden biri ve Avrupa'yı fosil yakıt ithalatına maliyetli bir şekilde bağımlı hale getirmeye devam ediyor. Kamuoyundaki tartışmalar genellikle hidrojenin her derde deva olduğuna odaklanırken, araştırmaların gölgesinde potansiyel olarak daha üstün bir alternatif olgunlaşıyor: alüminyum ve demir gibi metalik yakıtlarda enerjinin depolanması.

Bu alışılmadık görünen fikir, daha yakından incelendiğinde, ustaca basit ve sağlam bir çözüm olduğu ortaya çıkıyor. Prensip, tersinir bir kimyasal döngüye dayanıyor: Fazla yaz elektriği, metal oksitleri son derece yoğun ve güvenli enerji taşıyıcıları olarak işlev gören saf metallere indirgemek için kullanılıyor. Gerektiğinde, bu metaller suyla kontrollü bir şekilde reaksiyona girerek aynı anda kullanılabilir ısı ve hidrojen açığa çıkarıyor ve bu da daha sonra tekrar elektriğe dönüştürülüyor.

Fiziksel avantajları şaşırtıcı: Bir litre alüminyum, yüksek basınçlı hidrojenden yaklaşık 23 kat daha fazla enerji depolar. Metal tozu veya granülleri, pahalı yüksek basınçlı tanklar veya kriyojenik soğutma olmadan, oda sıcaklığında ve normal basınçta güvenle depolanabilir ve taşınabilir. Bu, metalik yakıtların binalar ve endüstri için mevsimsel enerji depolamada devrim yaratmakla kalmayıp, aynı zamanda küresel enerji akışlarını yeniden düzenleyerek Avrupa'nın jeopolitik enerji bağımlılığından kurtulmasının önünü açabileceği anlamına geliyor. İsviçre ve Almanya'daki pilot projeler, bu teknolojinin yalnızca bir laboratuvar fikrinden çok daha fazlası olduğunu gösteriyor; güvenli ve tamamen yenilenebilir bir enerji arzı için daha önce eksik olan kritik bir bileşen haline gelebilir.

İçin uygun:

• OST Araştırma – Doğu İsviçre Uygulamalı Bilimler Üniversitesi | Metalik yakıtlar enerji taşıyıcıları ve tedarikçileri olarak

İsviçre'nin dahiyane hamlesi: Göze çarpmayan bir metal granül enerji bağımlılığımıza nasıl son verebilir?

Mevsimsel enerji depolama zorluğu, enerji dönüşümünün en kalıcı sorunlarından biridir. Avrupa'da yaz aylarında fotovoltaik elektrik fazlası giderek artarken, karanlık kış aylarında tam da bu enerji eksikliği yaşanıyor. Alüminyum ve demir gibi metalik yakıtlar, kritik parametrelerde daha belirgin olan hidrojenden daha üstün bir çözüm vaat ediyor ve enerji sektöründe kökten bir dönüşüm yaratabilir.

Avrupa temel bir enerji sorunuyla karşı karşıya. Fotovoltaiklerin büyük çaplı yaygınlaşmasına rağmen, tek başına İsviçre, 2050 yılına kadar kış aylarında yaklaşık sekiz ila on terawatt-saatlik bir elektrik açığı bekliyor. Almanya ve tüm Avrupa Birliği de benzer bir yapısal sorunla boğuşuyor. Güneş enerjisi üretimi yaz aylarında aşırı kapasite yaratırken, bunların bir kısmının kısılması gerekirken, kış aylarında bariz bir kıtlık yaşanıyor. Bu mevsimsel farklılık, Avrupa'daki çatılara ve açık alanlara kurulan her yeni güneş paneliyle daha da kötüleşiyor. Aynı zamanda, ısıtma ve ulaşımda artan elektrik kullanımı, özellikle soğuk aylarda elektrik talebini daha da kritik hale getiriyor.

Avrupa'nın fosil yakıt ithalatına olan enerji bağımlılığı, sürdürülebilir depolama çözümlerine olan acil ihtiyacın altını çiziyor. Almanya, kömür, petrol ve doğalgaz için yılda 80 ila 130 milyar avro arasında para transfer ederken, Avrupa Birliği bir bütün olarak 300 milyar avrodan fazla para transfer ediyor. Bu muazzam meblağlar, yerel altyapı ve gelecekteki teknolojilere yatırılmak yerine ülkeden dışarı akıyor. Dahası, son yıllardaki jeopolitik çalkantılar, bu bağımlılığın beraberinde getirdiği riskleri acı bir şekilde ortaya koydu.

Alüminyum ve demir gibi metalik yakıtlar, enerji açığa çıkarmak için oksijene (O₂) ihtiyaç duyar. Tepkime yanmaya benzer, ancak genellikle oksidasyon şeklinde gerçekleşir, örneğin:

Alüminyum + Oksijen → Alüminyum oksit (Al₂O₃)

Demir + Oksijen → Demir oksit (Fe₂O₃ / Fe₃O₄)

Bu reaksiyonlar çok fazla ısı açığa çıkarır ve tam da bu enerjiyi bir depolama biçimi olarak kullanmak istersiniz.

Hidrojen (H₂) günümüzde iyi bilinen bir enerji taşıyıcısıdır ancak depolanması ve taşınması zordur.

Metalik yakıtlar aşağıdaki nedenlerden dolayı alternatif olarak kabul edilir:

◾️ enerji açısından çok zengindir,

◾️ kolay taşınabilir (katı, uçucu değil),

◾️ tekrar kullanılabilirler – oksitler geri dönüştürülebilir ve çoğunlukla yenilenebilir elektrik kullanılarak metale dönüştürülebilir.

Hatta bazı kavramlar oksitlenmiş metali tekrar saf metale dönüştürmek için hidrojeni kullanır.

Metalik enerji depolamanın fiziği

Metalik yakıtların temel prensibi, zarif bir kimyasal geri dönüşüme dayanır. Alüminyum, demir veya silikon gibi metaller, oksit formlarından oksijenin salındığı bir indirgeme işlemiyle elektrik enerjisiyle yüklenebilir. Elde edilen saf metaller, yüksek oranda sıkıştırılmış enerji depolama cihazları olarak işlev görür. Gerektiğinde bu işlem tersine çevrilir. Metal, su veya buharla reaksiyona girerek hidrojen ve ısı üretir. Hidrojen, yakıt hücrelerinde elektrik üretmek için kullanılabilirken, ısı doğrudan ısıtma sistemlerine aktarılabilir.

Enerji yoğunluğu, metalik yakıtları gaz halindeki alternatiflerden temel olarak ayırır. Alüminyum, kilogram başına sekiz kilovatsaatin üzerinde teorik enerji yoğunluğuna ve litre başına yirmi üç kilovatsaatin üzerinde hacimsel yoğunluğa ulaşır. Yedi yüz barda yüksek basınç altında sıkıştırılan hidrojen bile hacimsel olarak litre başına yalnızca yaklaşık bir kilovatsaat enerji üretir. Bir litre demir, ortalama bir Alman hanesine sekiz saatten fazla enerji sağlayabilirken, yüksek oranda sıkıştırılmış bir litre hidrojen bir saat bile dayanmaz.

Bu fiziksel özelliklerin geniş kapsamlı pratik sonuçları vardır. Metal tozları veya granülleri oda sıcaklığında ve normal basınçta depolanabilir ve taşınabilir. Pahalı yüksek basınçlı tanklara veya karmaşık soğutma teknolojilerine gerek yoktur. Güvenlik gereklilikleri, geleneksel dökme malzemelerinkiyle karşılaştırılabilir düzeydedir. İnce metal tozu gibi patlama tehlikeleri, daha büyük granüller kullanılarak önlenir. Örneğin, OST'deki İsviçre Güneş Teknolojisi SPF Enstitüsü, ticari olarak temin edilebilen ve özel güvenlik önlemleri gerektirmeyen alüminyum 6060 tel granüllerle çalışmaktadır.

Malzeme adaylarının karşılaştırılması

Alüminyum, metalik yakıtlar arasında en umut verici aday olarak kabul edilir. Teorik olarak kilogram başına sekiz kilovatsaatin üzerindeki yüksek enerji yoğunluğuyla, diğer tüm toksik olmayan metalleri önemli ölçüde geride bırakır. Suyla reaksiyona girdiğinde, depolanan enerjinin yaklaşık yüzde ellisi ısı, yüzde ellisi ise hidrojen olarak açığa çıkar. Hidrojen, bir yakıt hücresinde yüzde elli verimlilikle elektriğe dönüştürülebilir ve bu da yaklaşık yüzde yetmiş beş ısı ve yüzde yirmi beş elektrik oranıyla sonuçlanır. Bu kombinasyon, ısı talebinin genellikle baskın olduğu bina enerji sistemleri için idealdir.

Alüminyumla ilgili zorluk, enerji yoğun üretiminde yatmaktadır. Birincil alüminyumun kilogramı başına yaklaşık on üç ila on yedi kilovatsaat elektrik enerjisi gerekmektedir. Bu süreçte kömür yakıtlı enerji kullanımı, kilogram alüminyum başına yirmi kilograma kadar karbondioksit salınımına neden olur. Yenilenebilir enerji kullanılsa bile, geleneksel Hall-Héroult prosesi, karbon anotlar tüketilip reaksiyona girerek karbondioksit oluşturduğundan, ton alüminyum başına yaklaşık bir buçuk ton karbondioksit salmaktadır.

İşte inovasyon tam da bu noktada devreye giriyor. Avrupa araştırma projesi REVEAL kapsamında, OST liderliğindeki bilim insanları, inert anotlar kullanarak tamamen karbondioksitsiz bir alüminyum üretim süreci geliştiriyor. Bu anotlar, elektroliz işlemi sırasında tüketilmeyen ve karbondioksit yerine saf oksijen salan metal alaşımlarından oluşuyor. İzlandalı ortağı IceTec, bu teknolojinin endüstriyel uygulaması üzerinde, kolayca bulunabilen jeotermal ve hidroelektrik enerjisini kullanarak paralel olarak çalışıyor. Trimet gibi Alman şirketleri de geliştirmeyi ilerletiyor ve halihazırda deneme tesislerini devreye aldı.

Demir, pragmatik bir alternatif olarak karşımıza çıkıyor. Kilogram başına yaklaşık 0,2 ila 0,3 kilovatsaatlik bir enerji yoğunluğuyla alüminyumdan önemli ölçüde daha düşük olmasına rağmen, diğer birçok depolama teknolojisiyle rekabet gücünü koruyor. Demirin belirleyici avantajı, bulunabilirliği ve düşük maliyetidir. Dünya kabuğunda en bol bulunan dördüncü element olan demir cevheri, küresel piyasa fiyatlarını önemli ölçüde etkilemeden neredeyse sınırsız miktarda mevcuttur.

Demirin suyla tepkimesi çok az ısı üretir. Depolanan tüm enerji, üretilen hidrojene aktarılır ve bu hidrojen daha sonra yaklaşık yüzde elli verimlilikle elektriğe dönüştürülebilir. Bu oran, demiri elektrik talebinin çok yüksek olduğu uygulamalar için özellikle cazip kılmaktadır. ETH Zürih'te Profesör Wendelin Stark liderliğindeki araştırma grubu, Hönggerberg kampüsünde demir oksit kullanarak mevsimsel olarak hidrojen depolayan bir pilot tesis işletmektedir. Bu teknolojinin, geleneksel hidrojen depolama teknolojisinden yaklaşık on kat daha ucuz olduğu düşünülmektedir.

Yeşil hidrojenle doğrudan indirgeme, demir üretimi için endüstriyel olarak zaten yerleşik bir yöntem. ArcelorMittal ve thyssenkrupp gibi şirketler, hidrojen bazlı çelik üretimine geçiş üzerinde çalışıyor. Bu teknoloji doğrudan enerji depolama için kullanılabilir. Olgunluk seviyesi dokuz üzerinden altı ila yedi arasındadır ve bu da piyasaya sunulmaya hazır hale gelmesine yakın bir seviyededir. Tesisler normal basınçta ve yaklaşık 800 santigrat derece sıcaklıkta çalıştırılabildiğinden, teknik karmaşıklık sınırlıdır.

Silisyum üçüncü bir seçenektir. Alüminyuma benzer yüksek enerji yoğunluğunu kolay bulunabilirlikle birleştirir. Dünya kabuğunda oksijenden sonra en bol bulunan ikinci element olduğundan, neredeyse hiçbir kaynak kısıtlaması yoktur. Güneş enerjisi endüstrisi sayesinde üretim teknolojisi köklü bir geçmişe sahiptir. Ancak, enerji depolama ortamı olarak silisyum üzerine yapılan araştırmalar, alüminyum ve demire kıyasla daha az gelişmiştir. Darmstadt Teknik Üniversitesi, A-STEAM projesi kapsamında silisyum üzerinde araştırmalar yürütmektedir, ancak endüstriyel uygulamalarda kullanılması muhtemelen birkaç yıl alacaktır.

Dönüşümün Ekonomisi

Metalik yakıtların ekonomik sürdürülebilirliği, karbonsuz metal çıkarma işleminin üretim maliyetlerine büyük ölçüde bağlıdır. Geleneksel alüminyumun ton başına yaklaşık 2.650 dolarlık fiyatı göz önüne alındığında, inert anot teknolojisi endüstriyel olarak uygulanırsa, 2035 yılında yaklaşık 400 dolarlık ek maliyet ortaya çıkacaktır. Uzun vadede, maliyetlerin 2020 seviyesinde sabitlenmesi, ancak geleneksel üretimin varsayımsal devamına kıyasla yaklaşık 300 dolarlık bir primle gerçekleşmesi beklenmektedir.

Ancak bu ek maliyetler genel bağlamda değerlendirildiğinde, daha doğru bir bakış açısına sahip olunmaktadır. Alüminyum endüstrisinin karbonsuzlaştırılmasına yönelik yatırımların yaklaşık bir trilyon dolar olduğu tahmin ediliyor ve bunun yaklaşık yarısı düşük emisyonlu enerji sağlamaya ayrılıyor. Düşük karbonlu anotlar için ise iki yüz milyar dolar bütçe ayrılmış durumda. Ancak bu yatırımlar aynı zamanda, geleneksel alüminyum kullanımının çok ötesine uzanan yepyeni bir enerji depolama pazarının da temelini atıyor.

Yenilenebilir elektriğin metalik depolama yoluyla tekrar elektrik ve ısıya dönüştürülmesinin genel verimliliği, her üç metal için de yüzde elli ila altmış arasında değişmektedir. Bu değer, yüzde seksen beş ila doksan beş verimliliğe sahip lityum iyon pillerle karşılaştırıldığında başlangıçta düşük görünmektedir. Ancak değerlendirmede birkaç faktör göz önünde bulundurulmalıdır. İlk olarak, karşılaştırma yalnızca benzer depolama sürelerine sahip uygulamalar için geçerlidir. Piller saatlerce ila birkaç gün arasında kullanılabilirken, metalik yakıtlar aylarca hatta yıllarca kullanılabilir. Depolama süresi arttıkça, yatırım maliyetleri daha az döngüye yayıldıkça, depolanan kilovatsaat başına maliyet önemli ölçüde artar.

İkinci olarak, ısı tamamen kullanılabilir bir enerji kaynağı olarak hesaba katılmalıdır. Isıtma gereksinimi olan binalarda, %75 ısı ve %25 elektrik içeren bir sistem, öncelikle bir ısı pompası aracılığıyla dönüştürülmesi gereken saf elektrikten potansiyel olarak daha idealdir. İsviçreli araştırmacılar, kışın alüminyum depolama sistemlerinden kilovatsaat başına yaklaşık 20 santim elektrik ve ısıtma maliyeti öngörüyor. Bu, birçok alternatif enerji tedarik seçeneğiyle rekabet edebilir.

Hidrojenle güçten gaza dönüşüm, ısı kullanımı olmadan elektriğe geri dönüştürüldüğünde yalnızca %30-40 verimlilik sağlar. Metanizasyonla bu oran yaklaşık %33'e düşer. Yalnızca optimize edilmiş kombine ısı ve güç (CHP) ve tutarlı atık ısı kullanımıyla, daha yüksek ısıtma değerine dayalı olarak %80'in üzerinde verimlilik elde edilebilir. Ancak pratikte bu değerlere nadiren ulaşılır. Ayrıca, hidrojenin depolanması ve taşınması önemli maliyetler gerektirir. Yer altı tuz mağaraları yalnızca jeolojik olarak uygun yerlerde uygulanabilir. İsviçre gibi bu tür oluşumların olmadığı ülkeler için, yalnızca pahalı yer üstü tankları veya ithalat seçenekleri kalır.

Farklı teknolojilerin depolama maliyetleri önemli ölçüde farklılık gösterir. Mevsimsel termal enerji depolama sistemlerinin maliyeti, depolanan enerjinin megavat/saati başına 25 ila 400 İsviçre frangı arasındadır. Elektrik enerjisi için, pompalı depolamalı enerji santrallerinin maliyeti megavat/saat başına yaklaşık 100 frank iken, diğer mevsimsel enerji depolama sistemlerinde on kattan fazla artmaktadır. Lityum iyon pillerin maliyeti şu anda kilovat/saat depolama kapasitesi başına 400 ila 1.000 avro arasındadır. Bu fiyatlar önemli ölçüde düşmüş olsa da, mevsimsel depolama için hala aşırı pahalıdırlar.

Pompaj depolamalı enerji santralleri, günlük ve haftalık çevrimlerde olağanüstü bir performans sergileyerek %70 ila %85 verimlilik elde etmektedir. Ancak, yılda yalnızca bir çevrimle çalışan mevsimsel depolamalarda, ek elektrik için kilovatsaat başına maliyetler iki avroyu aşmaktadır. Uygun lokasyonların coğrafi sınırlamaları, genişleme potansiyelini daha da kısıtlamaktadır. Yenilenebilir enerjilere tamamen geçiş yapmış bir ekonomide, mevcut pompaj depolama kapasiteleri yeterli olmaktan uzaktır.

Sistem entegrasyonu ve sektör bağlantısı

Metalik yakıtların gücü, sektörel birleştirme kavramına kusursuz bir şekilde entegre olmalarında yatmaktadır. Bu terim, geleneksel olarak ayrı olan elektrik, ısı ve mobilite sektörlerinin birbirine bağlanmasını ifade eder. Elektrik sektöründe yenilenebilir enerjiye geçiş halihazırda oldukça ilerlemiş olsa da, ısı tedariki ve ulaşım hâlâ büyük ölçüde fosil yakıtlara bağımlıdır. Avrupa, kömür, petrol ve gaz ithalatına yılda üç yüz milyar avronun üzerinde para harcıyor ve bu para kendi ekonomisine de yansıyor.

Metalik yakıtlar, esnek sektör bağlantısına olanak tanır. Yaz aylarında, fazla fotovoltaik elektrik, metal oksitleri azaltmak için kullanılır. Elde edilen metal depolanır. Kışın ise oksidasyon meydana gelerek ısı ve hidrojen üretir. Isı, ideal olarak daha ılıman sıcaklıklarda verimliliği artıran bir ısı pompasıyla birlikte doğrudan ısıtma sistemine akar. Hidrojen bir yakıt hücresinde elektriğe dönüştürülür ve bu işlemden kaynaklanan atık ısı daha sonra ısıtma sistemine geri beslenir.

Bu kombinasyon, Avrupa enerji sistemlerinin temel sorununu tam olarak ele alıyor. Almanya'da ısıtma talebi, toplam nihai enerji tüketiminin yaklaşık yarısını oluşturuyor. Bunun önemli bir kısmı kış aylarında yoğunlaşıyor. Hem ısı hem de önemli miktarda elektrik üreten bir depolama sistemi, bu talep profilini mükemmel bir şekilde karşılıyor. Lucerne Uygulamalı Bilimler ve Sanatlar Üniversitesi, konut binalarının ısı pompalarıyla birlikte tutarlı bir şekilde yalıtılmasının, İsviçre'nin kış aylarındaki elektrik açığını neredeyse tamamen ortadan kaldırabileceğini hesapladı. Metalik depolama sistemleriyle birlikte kullanıldığında, böyle bir sistem yaz aylarındaki fazla elektriği en iyi şekilde değerlendirecek ve güvenilir bir kış tedariki sağlayacaktır.

İsviçreli araştırmacıların modeline göre, tüm çok aileli binaların metal depolama sistemleriyle donatılması, 2050 yılına kadar beklenen sekiz terawatt-saatlik kış elektrik açığını önemli ölçüde azaltabilir. Tüm çok aileli binaların sadece yarısının donatılması bile birkaç terawatt-saatlik bir katkı sağlayacaktır. Bu çözümün merkezi olmayan yapısı, maliyetli şebeke genişletme önlemlerini ortadan kaldırır ve yedeklilik yoluyla arz güvenliğini artırır.

Endüstriyel uygulamalar için yeni bakış açıları ortaya çıkıyor. Proses ısısı, endüstriyel enerji talebinin önemli bir kısmını oluşturuyor. Isı pompaları, elektrot kazanları veya direnç ısıtması kullanılarak doğrudan elektriklendirme teknik olarak mümkün ve birçok sıcaklık aralığı için halihazırda mevcut. Ancak metalik yakıtlar, özellikle yüksek sıcaklıklı prosesler ve temel yük kararlılığı için bir çözüm sunabilir. Demir tozunun yanması, birçok endüstriyel proses için yeterli olan 1.800 santigrat dereceyi aşan sıcaklıklara ulaşabilir.

Dönüştürülmüş kömür yakıtlı enerji santralleri metal tozlarıyla çalıştırılabilir. Mevcut yanma, buhar sirkülasyonu ve enerji üretimi altyapısı büyük ölçüde kullanılabilir. Ortaya çıkan metal oksit toplanıp, azaltım için bol miktarda yenilenebilir enerjiye sahip tesislere taşınacaktır. Bu yaklaşım, mevcut tesislerden yararlanacak, istihdamı koruyacak ve aynı zamanda karbonsuzlaşmaya katkıda bulunacaktır. Darmstadt Teknik Üniversitesi, Temiz Çevreler Girişimi kapsamında bu konsepti araştırmaktadır.

İş geliştirme, satış ve pazarlama alanındaki AB ve Almanya uzmanlığımız - Görsel: Xpert.Digital

Sektör odağı: B2B, dijitalleşme (yapay zekadan XR'a), makine mühendisliği, lojistik, yenilenebilir enerjiler ve endüstri

Bununla ilgili daha fazla bilgiyi burada bulabilirsiniz:

• Xpert İş Merkezi

Görüş ve uzmanlık içeren bir konu merkezi:

• Küresel ve bölgesel ekonomi, inovasyon ve sektöre özgü trendler hakkında bilgi platformu
• Odak alanlarımızdan analizler, dürtüler ve arka plan bilgilerinin toplanması
• İş ve teknolojideki güncel gelişmeler hakkında uzmanlık ve bilgi edinebileceğiniz bir yer
• Piyasalar, dijitalleşme ve sektör yenilikleri hakkında bilgi edinmek isteyen şirketler için konu merkezi

Teknolojik olgunluk ve gelişme beklentileri

Çeşitli bileşenlerin teknolojik olgunluğu önemli ölçüde farklılık gösterir. Enerji salınımı için metallerin oksidasyonu uzun zamandır bilinmektedir ve özel uygulamalarda kullanılmaktadır. Alüminyum ve demir parçacıkları Ariane itici roketlerinde, havai fişeklerde ve diğer piroteknik uygulamalarda kullanılmaktadır. Bu nedenle temel kimyasal süreçlere hakim olunmuş ve anlaşılmıştır.

Isı ve hidrojen üretimi için orta sıcaklıklarda su veya buharla kontrollü reaksiyon şu anda pilot aşamadadır. Rapperswil'deki SPF Güneş Teknolojisi Enstitüsü, REVEAL projesi kapsamında geliştirilen bir prototipi devreye aldı. Bu prototip faaliyete geçtiğinde, alüminyumdan kimyasal işlemlerle binalar için ısı ve elektriğin nasıl üretilebileceğini gösterecek. Üretilen enerji, binalara ve endüstriyel tesislere güç sağlamak veya bölgesel ısıtma şebekelerine aktarmak için kullanılabilir.

ETH Zürih, Hönggerberg kampüsünde demir bazlı hidrojen depolama için bir pilot tesis işletiyor. Her biri 600 kilogram demir oksit içeren üç paslanmaz çelik tank, uzun vadede yaklaşık on megavat-saat hidrojen depolayabiliyor. Bu, dönüşüm teknolojisine bağlı olarak dört ila altı megavat-saat elektrik üretiyor. 2024 yılından beri faaliyette olan tesis, 2026 yılına kadar genişletilerek kampüsün kış elektrik ihtiyacının beşte birini mevsimsel olarak depolanan güneş enerjisiyle karşılamayı planlıyor. 1000 tona kadar demir oksit depolama kapasitesi, Nant de Drance pompalı depolamalı enerji santralinin kapasitesinin onda birine denk gelen iki gigavat-saat elektrik sağlayabilir.

En büyük teknolojik zorluk, karbonsuz metal üretiminde yatmaktadır. Demir için, yeşil hidrojen kullanarak doğrudan indirgeme endüstriyel olarak kanıtlanmıştır. Birçok çelik şirketi şu anda deneme tesisleri inşa ediyor ve 2030-2040 yılları arasında kademeli bir geçiş planlıyor. Teknolojinin olgunluk seviyesi, dokuz üzerinden yaklaşık yedi ila sekiz arasında olup, ticari olarak kullanılabilirliğe yaklaşmaktadır.

İnert anot teknolojisi, alüminyum endüstrisinde bir atılımın eşiğinde. Essen'deki Trimet, 2024 yılından beri üretim koşulları altında bir deneme tesisi işletiyor. Şirket, 2040 yılına kadar endüstriyel uygulamaya geçmeyi ve 2045 yılına kadar iklim nötrlüğüne ulaşmayı öngörüyor. Norsk Hydro ve Rio Tinto gibi uluslararası şirketler de bu teknolojiye büyük yatırımlar yapıyor. Apple, akıllı telefonlarda kullanılmak üzere inert anotlu bir pilot tesisten ilk alüminyum sevkiyatını şimdiden satın aldı. Bu, teknolojinin ticari ilgisini ve güvenilirliğini gösteriyor.

Ölçeklendirme kritik bir faktör olmaya devam ediyor. Küresel yıllık alüminyum üretimi yaklaşık yetmiş milyon ton, çelik üretimi ise yaklaşık iki milyar ton. Mevsimsel enerji depolamasına önemli bir katkı sağlamak için ek üretim kapasitesine ihtiyaç duyulacaktır. Ancak bu, emtia piyasalarını mutlaka istikrarsızlaştırmayacaktır. Alüminyum ve demir, Dünya kabuğunda en bol bulunan elementler arasındadır. Kaynakları neredeyse sınırsızdır. Üretim, öncelikle uygun fiyatlı yenilenebilir enerjinin bulunabilirliğiyle sınırlı olacaktır.

İşte tam da bu noktada önemli bir fırsat yatıyor. Yenilenebilir enerji için mükemmel koşullara sahip ancak yerel talebi düşük bölgeler metal üreticisi olabilir. Jeotermal ve hidroelektrik enerjisiyle İzlanda, yoğun güneş ışığıyla Kuzey Afrika veya rüzgar kaynaklarıyla Patagonya, büyük ölçekte ihracat için metal üretebilir. Taşımacılık basit ve güvenlidir. Konteyner gemileri, sıvı hidrojen veya sıvılaştırılmış doğal gazla ilişkili riskler ve maliyetler olmadan normal koşullar altında metal granülleri taşıyabilir.

Küresel enerji akışlarının yeniden düşünülmesi

Enerji arzının metal enerji taşıyıcıları aracılığıyla uluslararasılaşması, küresel ticaret akışlarını kökten değiştirecektir. Avrupa, fosil yakıt ithalatına yılda üç yüz milyar avronun üzerinde harcama yapmaktadır. Almanya ise tek başına seksen ila yüz otuz milyar avro arasında harcama yapmaktadır. Bu muazzam meblağlar, çoğunlukla politikaları Avrupa değerleriyle çelişen otoriter rejimlere sahip ülkelere aktarılmaktadır. Bu ithalatın finansmanı jeopolitik istikrarsızlığa katkıda bulunmakta ve son enerji krizlerinin acı bir şekilde gösterdiği gibi, Avrupa'yı şantaja karşı savunmasız hale getirmektedir.

Metalik enerji taşıyıcılarına geçiş, bu bağımlılıkları çözerken aynı zamanda yeni ortaklıklara da olanak tanıyabilir. Bol yenilenebilir kaynaklara sahip ancak yerel sanayileşmeleri sınırlı olan ülkeler değerli bir ihracat perspektifi kazanacaktır. Güneş enerjisi potansiyeliyle Fas; rüzgar ve jeotermal kapasitesiyle Şili; veya yenilenebilir enerjiye uygun geniş arazileriyle Avustralya, metal üreticisi haline gelebilir. Bu ülkeler ağırlıklı olarak demokratik olup Avrupa ile temel değerleri paylaşmaktadır. Dolayısıyla enerji ithalatı, otokrasileri desteklemek yerine kalkınma finansmanına katkıda bulunacaktır.

Metalik yakıtların döngüsel ekonomisi, fosil yakıtlarınkinden temelde farklıdır. Kömür, petrol ve gaz geri dönüşümsüz olarak yakılarak sera gazlarına dönüştürülür. Metaller ise kapalı bir döngüde dolaşır. Oksitlenen metal, indirgeme tesisine geri taşınır ve yeniden yüklenir. Bu döngü teorik olarak herhangi bir malzeme kaybı veya bozulması olmaksızın sınırsız sayıda tekrarlanabilir. ETH Zürih'teki araştırmacılar, demir reaktörlerinin depolama kapasitesinin her döngüde hafifçe arttığını bile gözlemlediler.

Bu dairesel yaklaşımın geniş kapsamlı ekonomik etkileri vardır. Metal üretimine yapılan yatırım, sayısız döngüde kendini amorti eder. Kapasiteleri her döngüde azalan pillerin aksine, metal depolama sistemleri süresiz olarak kullanılabilir. İndirgeme ve oksidasyon tesislerine ve metalin kendisine yapılan ilk yatırımlar önemli olsa da, on yıllar içinde depolanan kilovatsaat başına maliyetler rekabetçi hale gelir.

İsviçreli araştırmacıların model hesaplamaları, bir alüminyum depolama sisteminden elde edilen elektrik ve ısı için kilovatsaat başına yaklaşık yirmi santimlik bir maliyet varsaymaktadır. Bu, yenilenebilir enerjilerin üretim maliyetleriyle uyumludur ve kış aylarındaki pik yük elektrik maliyetlerinin önemli ölçüde altındadır. Artan teknolojik olgunluk ve ölçeklendirmeyle birlikte maliyetlerin daha da düşmesi beklenmektedir. Fotovoltaik ve rüzgar enerjisinin tarihi, öğrenme eğrisi etkileri sayesinde maliyetlerde ne kadar büyük düşüşler sağlanabileceğini göstermektedir.

Riskler ve zorluklar

Umut vadeden potansiyeline rağmen, önemli zorluklar ve riskler devam etmektedir. Teknolojik gelişmeler henüz tamamlanmamıştır. Özellikle, inert anotlar kullanılarak karbondioksitsiz alüminyum üretimi, endüstriyel uygulamaya geçiş sürecinin henüz başındadır. Bu teknolojiyi uygulamaya yönelik daha önceki birçok girişim başarısızlıkla sonuçlanmıştır. İnert anot, hiçbir zaman bir atılım gerçekleştiremeden, sürekli tamamlanmanın eşiğinde olmasıyla bilinir.

Artan elektrik maliyetleri bir sorun teşkil ediyor. İnert anotlar karbondioksit salınımı yapmamakla kalmıyor, aynı zamanda karbon anotlar gibi proses enerjisi de sağlamıyor. Bu nedenle ton başına alüminyum elektrik talebi artıyor. Avrupa'da zaten yüksek olan enerji maliyetleri, rekabet gücünü olumsuz etkileyebilir. Alüminyum üretimi, özellikle ucuz enerjiye sahip bölgelere kayabilirken, Avrupa sadece bir ithalatçı konumuna düşebilir.

Yenilenebilir enerji rekabeti kızışıyor. Birçok sektör elektriklendirmeye yöneliyor. Sanayi, kimyasal prosesler ve çelik üretimi için yeşil hidrojene ihtiyaç duyuyor. Ulaşım, milyonlarca elektrikli araçla elektrikleniyor. Veri merkezleriyle birlikte dijital altyapılar giderek artan miktarda elektrik tüketiyor. Bu rekabetçi ortamda, metal depolama çözümlerinin ekonomik üstünlüklerini kanıtlamaları gerekiyor.

Altyapı gereksinimleri oldukça fazladır. Kış aylarında enerji arzına önemli bir katkı sağlamak için milyonlarca merkezi olmayan depolama sistemi veya büyük merkezi tesislere ihtiyaç duyulacaktır. Bu altyapının inşası zaman, sermaye ve siyasi irade gerektirir. Bu tür sistemlerin geri ödeme süreleri on yıllara kadar uzayabilir ve bu da özel yatırımcıları caydırabilir. Devlet sübvansiyonları ve düzenleyici teşvikler muhtemelen gerekli olacaktır.

Büyük ölçüde artan metal üretiminin çevresel etkisi eleştirel bir şekilde incelenmelidir. Üretim süreci karbon nötr olsa bile, muazzam miktarda elektrik tüketir. Bu elektrik, diğer tüm enerji ihtiyaçlarının yanı sıra yenilenebilir kaynaklardan sağlanmalıdır. Rüzgar ve güneş enerjisi santralleri için gereken arazi miktarı da oldukça fazladır. Dahası, alüminyum için boksit çıkarımı, beraberinde getirdiği ekolojik ve sosyal sonuçlarla birlikte büyük ölçekli madencilik gerektirir.

Yeni enerji teknolojilerinin toplum tarafından kabulü kırılgandır. Her büyük ölçekli endüstriyel tesis yerel direnişle karşılaşır. Rüzgâr türbinleri, güneş parkları ve enerji hatlarının inşası, vatandaş girişimleri tarafından düzenli olarak geciktirilir veya engellenir. Yüksek sıcaklıklarda çalışan ve önemli miktarda elektrik tüketen metal indirgeme tesisleri de benzer bir direnişle karşılaşabilir. Faydalar, riskler ve çevresel etkiler hakkında şeffaf iletişim şarttır.

Avrupa için Stratejik Perspektifler

Avrupa için metalik yakıtların geliştirilmesi, geleceğin pazarında teknolojik liderlik kurmak için stratejik bir fırsat sunuyor. İsviçre ve Alman araştırma kurumları, bu alanda dünyanın önde gelen kurumları arasında yer alıyor. REVEAL projesi, önde gelen Avrupalı ​​ortakları bir araya getiriyor. Metalurji, kimyasal proses mühendisliği ve enerji sistemi entegrasyonu alanlarındaki endüstriyel uzmanlık, Avrupa'da kolayca bulunabiliyor.

Koordineli bir Avrupa stratejisi birkaç unsuru içerebilir. İlk olarak, araştırma fonlarının sürdürülmesi ve yoğunlaştırılması. Önceki yatırımlar önemli ilerlemeler sağlamıştır. Fonların artırılması, teknolojik üstünlüğü artıracaktır. İkinci olarak, pazara giriş için düzenleyici teşvikler oluşturulması. Besleme tarifeleri veya yatırım hibeleri, erken benimseyenleri motive edebilir.

Üçüncüsü, Avrupa enerji altyapı stratejisine entegrasyon. Planlanan hidrojen şebekeleri, metal enerji taşıyıcılarını da kapsayacak şekilde genişletilebilir. Mevcut gaz altyapısı kısmen yeniden kullanılabilir. Dördüncüsü, metal üretimi için ideal koşullar sunan ülkelerle uluslararası iş birliği. Kuzey Afrika ülkeleriyle kalkınma ortaklıkları, Güney Amerika üretim kapasitelerine yatırımlar veya Asya'ya teknoloji transferi, herkesin kazanacağı durumlar yaratabilir.

Jeopolitik boyut hafife alınmamalıdır. Fosil yakıt ithalatına olan bağımlılığın azalması, Avrupa'nın siyasi hareket özgürlüğünü önemli ölçüde artırır. Kışın enerji tedarikini yerel veya güvenilir uluslararası kaynaklardan sağlama olanağı, dış şoklara karşı dayanıklılığı güçlendirir. Enerji kaynaklarının ve tedarik zincirlerinin çeşitlendirilmesi, otoriter rejimlerin şantaj yapma olasılığını azaltır.

Aynı zamanda yeni bağımlılıklar ortaya çıkıyor. Avrupa, mevcut fosil yakıt bağımlılığına benzer şekilde, metal ithalatına da bağımlı hale gelebilir. Aradaki fark, metallerin geri dönüştürülebilirliği ve döngüselliğinde yatıyor. Geri dönüştürülebilir ve yeniden kullanılabilirler. Bu, sınırlı fosil kaynaklarında görülen varoluşsal kıtlığı önler. Dahası, yeterli ve uygun fiyatlı yenilenebilir enerji mevcut olduğu sürece, üretim prensip olarak Avrupa içinde gerçekleştirilebilir.

Enerji depolamanın geleceği

Metalik yakıtlar, enerji dönüşümünün zorluklarına tek başına çözüm olmayacak. Aksine, çeşitlendirilmiş bir depolama teknolojileri portföyünün parçası olacaklar. Lityum iyon piller, saatler ila günler gibi kısa vadeli aralıklarda güçlerini koruyacak. Pompalı depolamalı hidroelektrik santralleri, şebeke istikrarı ve günlük ve haftalık dalgalanmaların dengelenmesi için vazgeçilmez olmaya devam edecek. Hidrojene, endüstride proses gazı ve indirgeyici madde olarak ihtiyaç duyulacak.

Metalik yakıtlar, özellikle ısı temini için mevsimsel uzun vadeli depolamada özel bir yere sahiptir. Burada, yüksek enerji yoğunluğu, kolay kullanım, ucuz hammadde ve iyi sektörel uyum gibi avantajları bir araya getirirler. Bu kombinasyon, onları diğer teknolojilerden üstün kılar. Daha fazla gelişme, bu teorik avantajların pratikte ne kadar hızlı ve etkili bir şekilde hayata geçirilebileceğini gösterecektir.

Önümüzdeki yıllar kritik öneme sahip. Birkaç pilot tesis şu anda faaliyette veya inşa aşamasında. Bu projelerden edinilen deneyim, teknik ve ekonomik beklentilerin karşılanıp karşılanmadığını ortaya koyacak. İnert anot teknolojisinin geliştirilmesi, karbondioksitsiz alüminyum üretiminin büyük ölçekte gerçekten mümkün olup olmayacağını belirleyecek. Sektörün ve politika yapıcıların bu teknolojiye yatırım yapma isteği, zaman çerçevesini belirleyecek.

Metal depolama sistemlerinin mevcut enerji sistemlerine entegre edilmesi yalnızca teknolojik inovasyon değil, aynı zamanda düzenleyici ve piyasa odaklı inovasyon da gerektirir. Metal depolamanın kendine özgü özelliklerini dikkate alan yeni iş modelleri geliştirilmelidir. Yatırım güvenliğini sağlamak için üreticiler, depolama operatörleri ve enerji tedarikçileri arasında uzun vadeli sözleşmeler gereklidir. İklim ve enerjiyle ilgili faydaların değerlendirilmesi, uygun piyasa fiyatlarına veya destek mekanizmalarına yansıtılmalıdır.

Enerji depolama konusundaki kamuoyu tartışmasının genişlemesi gerekiyor. Tartışmalar uzun süredir tek taraflı olarak hidrojenin evrensel bir çözüm olduğu varsayımına odaklandı. Gerçek ise daha karmaşık. Farklı uygulamalar farklı çözümler gerektiriyor. Metalik yakıtlar bu alanda önemli bir yeri hak ediyor. Avantajları göz ardı edilemeyecek kadar önemli. Potansiyelleri ise kullanılmadan bırakılamayacak kadar büyük.

Enerji sisteminin dönüşümü, bu yüzyılın en büyük teknolojik ve ekonomik zorluklarından biridir. Yenilik yapma cesareti, yatırım yapma isteği ve yeni çözümlere açık olmayı gerektirir. Metalik yakıtlar bu çözümlerden birini sunar. Bunlar, ilginç bir laboratuvar merakından çok daha fazlasıdır. Mevsimsel enerji depolaması için bir oyun değiştirici, kış aylarındaki elektrik açığını kapatmak için bir yapı taşı ve enerji bağımsızlığına giden bir yol olabilirler. Hidrojenin yerini almayan, ancak onu etkili bir şekilde tamamlayan ve bazı uygulamalarda onu geride bırakan bir alternatiftir. Daha fazla gelişme, dikkat, destek ve eleştirel incelemeyi hak ediyor. Önümüzdeki yıllar, metalik yakıtların vaatlerini yerine getirip getiremeyeceğini gösterecek.

Xpert.Digital'in kapsamlı bir hizmet paketinde sunduğu beş katlı uzmanlığından yararlanın | Ar-Ge, XR, PR ve Dijital Görünürlük Optimizasyonu - Görsel: Xpert.Digital

Xpert.Digital, çeşitli endüstriler hakkında derinlemesine bilgiye sahiptir. Bu, spesifik pazar segmentinizin gereksinimlerine ve zorluklarına tam olarak uyarlanmış, kişiye özel stratejiler geliştirmemize olanak tanır. Pazar trendlerini sürekli analiz ederek ve sektördeki gelişmeleri takip ederek öngörüyle hareket edebilir ve yenilikçi çözümler sunabiliriz. Deneyim ve bilginin birleşimi sayesinde katma değer üretiyor ve müşterilerimize belirleyici bir rekabet avantajı sağlıyoruz.

Bununla ilgili daha fazla bilgiyi burada bulabilirsiniz:

• Xpert.Digital'in 5 kat uzmanlığını tek bir pakette kullanın - ayda yalnızca 500 €'dan başlayan fiyatlarla

☑️İş dilimiz İngilizce veya Almancadır

☑️ YENİ: Ulusal dilinizde yazışmalar!

Konrad Wolfenstein

Size ve ekibime kişisel danışman olarak hizmet etmekten mutluluk duyarım.

iletişim formunu doldurarak benimle iletişime geçebilir +49 89 89 674 804 (Münih) numaralı telefondan beni arayabilirsiniz . E-posta adresim: wolfenstein ∂ xpert.digital

Ortak projemizi sabırsızlıkla bekliyorum.

☑️ Strateji, danışmanlık, planlama ve uygulama konularında KOBİ desteği

☑️ Dijital stratejinin ve dijitalleşmenin oluşturulması veya yeniden düzenlenmesi

☑️ Uluslararası satış süreçlerinin genişletilmesi ve optimizasyonu

☑️ Küresel ve Dijital B2B ticaret platformları

☑️ Öncü İş Geliştirme / Pazarlama / Halkla İlişkiler / Fuarlar