Akumulace energie do oxidu uhličitého: Může v budoucnu nahradit solární baterie?

Vyrobit lze snadno, uložit hůř

Jedním z hlavních problémů moderní energetiky není to, jak vyrobit čistou energii, ale jak ji dokázat dostatečně dlouho a efektivně skladovat. Nevýhodou obnovitelných zdrojů totiž je, že jsou z velké části závislé na aktuálním počasí. To se týká především fotovoltaiky, ale i větrných, dešťových a částečně také vodních elektráren.

A tak někdy vyrobí energie málo (zataženo, sucho, bezvětří), jindy zase i několikanásobně víc, než se dá v danou chvíli spotřebovat.

Nebo jde sice o zdroje s celoroční konstantní produkcí, ale zase jsou vázané na specifickou lokalitu (např. geotermální energie ve vulkanicky aktivních oblastech nebo osmotická elektrárna tam, kde se v blízkosti vyskytuje sladká i slaná voda). Takže se dají využívat jen na určitých místech nebo by se musela vyrobená energie nějakým způsobem „přepravovat“.

A tak vzniká řada výzkumů a projektů, které se snaží přijít na efektivní, udržitelné a ekonomicky výhodné způsoby akumulace energie. Mezi novinky patří například ukládání energie do písku nebo právě využití oxidu uhličitého.

Důležitý je totiž i ekologický aspekt –⁠⁠⁠⁠⁠⁠ například klasická bateriová úložiště, kam se akumuluje elektřina vyrobená zejména fotovoltaikou, jsou totiž nejen drahá, mají omezenou životnost a neumožňují dlouhodobé ukládání, ale jejich výroba a následná recyklace představují zátěž pro životní prostředí.

Jak funguje akumulace energie do oxidu uhličitého

Představa ukládání energie do plynu zní nejspíš dost zvláštně. Jak to probíhá? CO₂ zde slouží jako pracovní médium a k akumulaci se využívá změn jeho skupenství.

• V tomto případě se pracuje s elektřinou –⁠⁠⁠⁠⁠⁠ například vyrobenou solárními panely.
• Ta pohání kompresory, které stlačí plynný oxid uhličitý (přibližně na 7 MPa).
• Stlačením se CO₂ ohřeje na cca 400 °C. Uvolněné teplo se pomocí tepelných výměníků uloží do zásobníků.
• Odebráním tepla při vysokém tlaku se plynný CO₂ dostane pod svou kondenzační teplotu a přemění se na kapalinu. Ta se pak uchovává v tlakových nádržích.
• Až je uložená energie potřeba, oxid uhličitý se znovu ohřeje teplem ze zásobníků a přemění se zpátky na plyn. Tím zvětšuje svůj objem – jeho expanze pohání turbínu, která generuje elektřinu.

Výhody a nevýhody této technologie

Akumulace do CO₂ vypadá dost slibně, nabízí totiž:

• nezávislost na specifických místních podmínkách,
• dlouhou životnost systému (30+ let),
• poměrně vysokou účinnost, a to i díky kombinaci s ukládáním tepla,
• dlouhodobé ukládání energie bez ztrát v čase,
• relativně nízkou ekologickou zátěž (CO₂ je obnovitelný, dostupný, nehořlavý a netoxický).

Ale samozřejmě má i své limity:

• poměrně vysoké počáteční náklady na výstavbu,
• technická náročnost procesu přeměn oxidu uhličitého (na rozdíl od např. akumulace do písku, kde dochází k prostému přenosu tepelné energie),
• při rychlých změnách výkonu nemusí být dostatečně flexibilní,
• pokud by došlo k úniku většího množství CO₂, při vysoké koncentraci v uzavřených prostorech může hrozit udušení (vytěsňuje kyslík) – při dodržování bezpečnostních opatření je však riziko minimální.

Současnost a budoucnost využití oxidu uhličitého v energetice

Myšlenka využívání plynů pro ukládání energie není úplně nová – s tlakovými zásobníky se pracuje už řadu dekád. S praktickým využíváním oxidu uhličitého jako média pro akumulaci energie se ale začalo až v posledních letech. Zejména v souvislosti s rozvojem obnovitelných zdrojů a potřebou stabilizace přenosové soustavy.

První do praxe převedené je úložiště z roku 2022 od italské společnosti Energy Dome na Sardinii – vzniklo jako demonstrační projekt o výkonu 2,5 MW a úložné kapacitě 4 MWh. Firma zde však již plánuje výstavbu daleko většího zařízení s výkonem 20 MW a 200 MWh úložištěm.

Vedle Itálie se tento způsob akumulace začíná rozšiřovat i mimo Evropu – v USA se připravuje projekt ukládání energie do CO₂ Columbia Energy Storage ve Wisconsinu, další by měl vzniknout také v Ománu.

Další dílek do moderní energetické skládačky

Vzhledem k tomu, že je technologie finančně i prostorově náročná, nedá se předpokládat, že by se dala využívat na úrovni rodinného bydlení (i když taková akumulace elektřiny z fotovoltaiky by se zde na zimu velice hodila).

Pokud se tedy osvědčí, bude to spíš pro větší systémy, které zajistí ukládání přebytků elektřiny z fotovoltaických a větrných farem, pro velké průmyslové areály, komunitní energetiku a stabilizaci přenosových sítí.

Určitě to není technologie, která by v budoucnu mohla nahradit všechny ostatní způsoby akumulace. Ale vypadá jako jeden z velmi perspektivních způsobů, který by mohl doplnit ty, které se běžně používají.

Každý z nich má totiž své přednosti i slabiny a právě jejich kombinace může přispět k větší stabilitě a efektivitě udržitelného energetického systému. V případě oxidu uhličitého je to především možnost dlouhodobého skladování, dlouhá životnost zařízení a nízká ekologická zátěž.

Zdroje:
Businesswire.com
Energydome.com