Baterie żelazne: przyszłość zrównoważonej produkcji baterii

• Autor:
• nazwisko autora

  Foresight Quantumrun
• 9 maja 2024 r.

Podsumowanie spostrzeżeń

Baterie żelazne stanowią obiecującą drogę do odejścia od obecnego uzależnienia od akumulatorów litowo-jonowych, które są znane z dużej gęstości energii, ale także z wad związanych z ochroną środowiska i bezpieczeństwem. Baterie żelazne, wykorzystujące powszechne i bezpieczne materiały, takie jak żelazo i powietrze, stanowią obietnicę bardziej przyjaznego dla środowiska i skalowalnego rozwiązania w zakresie magazynowania energii, umożliwiającego magazynowanie energii przez znacznie dłuższe okresy czasu. Ta zmiana może zmienić sposób przechowywania i wykorzystywania energii w domach i zakładach przemysłowych, prowadząc do większej stabilności dostaw energii odnawialnej.

Kontekst baterii żelaznych

Baterie żelazne są potencjalną alternatywą dla litowo-jonowego, który dominuje na rynku pojazdów elektrycznych, elektroniki przenośnej i rozwiązań do magazynowania sieciowego. Baterie litowo-jonowe, które wyróżniają się wysoką gęstością energii, stoją przed wyzwaniami związanymi z dostępnością zasobów i względami bezpieczeństwa. Natomiast baterie żelazne wykorzystują obfite i nietoksyczne materiały, takie jak żelazo, powietrze, a w niektórych przypadkach sól i woda. Niniejsza kompozycja porusza kwestie ochrony środowiska i bezpieczeństwa związane z wydobyciem litu i utylizacją baterii.

Zasada działania akumulatorów żelazowo-powietrznych, badana przez firmy takie jak Form Energy i inicjatywy badawcze sięgające eksperymentów NASA w latach 1960. XX wieku, opiera się na elektrochemicznym procesie „odwrotnego rdzewienia”. Proces ten obejmuje utlenianie żelaza w powietrzu w celu magazynowania energii i redukcję tlenku żelaza z powrotem do żelaza w celu uwolnienia energii. Mechanizm ten pozwala na ekonomiczne i skalowalne przechowywanie danych. Co więcej, akumulatory żelazowo-powietrzne charakteryzują się znacznie dłuższym czasem przechowywania, do 100 godzin, w porównaniu z około czterema godzinami oferowanymi przez akumulatory litowo-jonowe.

W 2022 r. firma ESS zajmująca się czystą energią opracowała akumulatory przepływowe żelaza, które wykorzystują roztwór ciekłego elektrolitu, umożliwiając oddzielenie zdolności magazynowania energii od zdolności wytwarzania energii. Konstrukcja ta pozwala na ekonomiczne skalowanie magazynowania energii, co jest cechą krytyczną dla spełnienia wymagań w zakresie magazynowania w sieci i stabilizacji dostaw energii odnawialnej. Współpraca pomiędzy ESS i Portland General Electric mająca na celu budowę wielkoskalowego obiektu produkującego baterie żelazne podkreśla rosnące uznanie dla potencjału baterii żelaznych w zakresie zwiększania odporności sieci i wspierania przejścia na odnawialne źródła energii.

Zakłócający wpływ

W miarę upowszechniania się baterii żelaznych mogłyby one umożliwić gospodarstwom domowym magazynowanie nadwyżki energii wytwarzanej ze źródeł odnawialnych, takich jak panele słoneczne, zmniejszając zależność od niestabilnych systemów sieciowych i obniżając koszty energii. Zmiana ta mogłaby również umożliwić obywatelom aktywne uczestnictwo w rynku energii i sprzedaż nadwyżek energii z powrotem do sieci w okresach szczytowego zapotrzebowania. Co więcej, bezpieczeństwo baterii na bazie żelaza i korzyści dla środowiska mogą rozwiać obawy dotyczące materiałów niebezpiecznych w domach.

Dla firm przejście w stronę technologii akumulatorów żelaznych sygnalizuje potrzebę dostosowania strategii i operacji, aby wykorzystać ten pojawiający się trend. Branże wymagające wielkoskalowych rozwiązań w zakresie magazynowania energii, takie jak przedsiębiorstwa użyteczności publicznej i dostawcy energii odnawialnej, mogą uznać baterie żelazne za opłacalny sposób zarządzania podażą i popytem na energię, zwłaszcza poza godzinami szczytu. Tendencja ta może prowadzić do bardziej stabilnych cen energii i poprawy niezawodności sieci, zachęcając do dalszych inwestycji w projekty dotyczące energii odnawialnej. 

Być może władze lokalne i krajowe będą musiały wprowadzić regulacje i zachęty zachęcające do stosowania baterii żelaznych, takie jak dotacje na rozwiązania w zakresie magazynowania czystej energii lub standardy recyklingu baterii w celu zapewnienia ochrony środowiska. Na szczeblu międzynarodowym współpraca w zakresie badań i rozwoju technologii akumulatorów żelaznych mogłaby stać się centralnym punktem polityki energetycznej, promując globalny dostęp do niedrogich i czystych rozwiązań w zakresie magazynowania energii. Tendencja ta może mieć także wpływ na politykę bezpieczeństwa energetycznego, gdyż kraje bogate w zasoby żelaza mogłyby zyskać strategiczne znaczenie na światowym rynku energii.

Implikacje baterii żelaznych

Szersze konsekwencje baterii żelaznych mogą obejmować: 

• Zwiększone możliwości zatrudnienia w regionach o dużych zasobach żelaza, wzmacniające lokalną gospodarkę i zmniejszające stopę bezrobocia.
• Przesunięcia na światowych rynkach energii w kierunku krajów o znaczących możliwościach w zakresie produkcji baterii żelaznych, zmieniające dynamikę handlu międzynarodowego.
• Większa stabilność sieci i mniejsza liczba przypadków awarii, poprawiająca bezpieczeństwo publiczne i jakość życia.
• Obniżone koszty magazynowania energii odnawialnej, dzięki czemu zielone technologie będą bardziej dostępne dla gospodarstw domowych o niższych dochodach.
• Nowe modele biznesowe w sektorze energetycznym, koncentrujące się na zdecentralizowanych i lokalnych systemach wytwarzania i magazynowania energii.
• Rządy inwestują więcej w badania i rozwój zrównoważonych rozwiązań w zakresie magazynowania energii, co prowadzi do postępu technologicznego w innych sektorach.
• Większy nacisk polityczny na zabezpieczanie łańcuchów dostaw żelaza, co może prowadzić do nowych sojuszy i konfliktów.
• Wzrost zapotrzebowania konsumentów na niezależne energetycznie domy i firmy, stymulujący innowacje w zakresie rozwiązań energetycznych dla gospodarstw domowych i komercyjnych.

Pytania do rozważenia

• W jaki sposób rozwój technologii akumulatorów żelaznych może wpłynąć na Twoje decyzje dotyczące zakupu elektroniki lub pojazdów?
• W jaki sposób ulepszone systemy magazynowania energii mogą wpłynąć na gotowość i reagowanie na sytuacje kryzysowe w Twojej okolicy?