Megújulók folynak a csapból is, csak még nem tudjuk hova. Az biztos, hogy nem egymegoldás lesz az energiatárolásra, ami az egyik legnagyobb, emberiség előtt álló kihívás. De a jövő biztos zöldebb lesz, ha tökélyre visszük a pörgettyűs, folyékony levegős vagy hegyre tolt energiatárolást. Esetleg megment minket az ITER.

A megújuló energia egyre több helyen lesz egyre olcsóbb, végül mindenhol az lesz, így inkább már csak az lesz a kérdés, hogy hogyan kezeljük az általa behozott problémákat. És ne felejtsük el: erre nem érdemes úgy gondolni, hogy a fosszilis tüzelőanyagokkal nem voltak gondok, hiszen nyakunkra hozták a klímaváltozást. Az egész kérdéskörben van egy motívum, ami igen lényeges: az energiabiztonság – azaz, hogyan tudjuk folyamatosan, az igényeknek megfelelően adagolni az elektromosságot. Gondoljunk csak bele, mi van ma, ha fél óráig nem megy az internetünk. Fél óra áram nélkül ehhez képest apokalipszis.

Bár a legnagyobb probléma teljes körű megoldása még előttünk áll, rengetegen dolgoznak rajta: így biztosan állítható, hogy előbb-utóbb megoldjuk majd, hol tároljuk huzamosabb ideig a megtermelt energiát. Valószínűleg kevesen gondolnak bele, de ez jelenleg leginkább úgy működik, hogy az elektromos hálózatban pont annyi energiát szállítanak (és előtte termelnek) a fogyasztóknak, amennyire szükségük van. Ez nem könnyű feladat: a fogyasztás folyamatosan ingadozik, persze lehet számolni szezonalitással, nappallal és éjszakával, hideggel és meleggel, de a feladat folyamatos figyelmet és beavatkozást igényel. Magyarországon a megújuló energiaforrások miatt előálló termelési ingadozás egyelőre elenyésző (vannak azonban országok, ahol ez már nem így van), ha valamiért éppen több áramra van szükség, általában gázerőműveket kapcsolnak be vagy más fosszilis üzemanyagokkal termelőket kapcsolnak nagyobb teljesítményre – nagyrészt távolról, egy irányítóközpontból; ezt egészíti ki, hogy a magyar elektromos hálózat az európai része, össze vagyunk kapcsolva a szomszédos országokkal, akiktől tudunk importálni, ha kell, és exportálni, ha túltermeltünk. Ezen a helyzeten segít majd – és kell is azért a segítség, ha még nagyobb lesz a megújulók aránya –, ha megoldjuk az energiatárolás problémáját.

The li-ion king

Legalább egy választ mindenki ismer az energiatárolásra: akkumulátor biztos van otthon, ha más nem, az autóban meg a telefonban. A baj csak az, hogy ezek az akkumulátorok nem annyira hatékonyak, ha óriási energiák hosszú távú eltárolására készülünk. Nem arról van szó, hogy nem jelenthetik az egyik megoldást, inkább arról, hogy nem támaszkodhatunk kizárólag rájuk. Magyarországon is üzemel (legalább) két ilyen, lítium-ion akkumulátor (ipari méretekben) Budapesten és Tiszaújvárosban.

A lítium-ion egyébként nem az egyetlen akkumulátoros, úgynevezett elektrokémiai megoldás az energiatárolásra. Ha csak azt nézzük, ebből milyenek vannak (igaz, részben még fejlesztés alatt), látszik, milyen kiterjedt, aktív területről beszélünk: az akkumulátorok működhetnek ólomsavval (ilyen van a benzines autókban is); nátrium-kénnel; lehet alapanyaguk nátrium-nikkel-klorid; nikkel-kadmium; nikkel-fém hibrid; nátrium-ion; működési módjuk redox (redukció-oxidáció) folyadékelektromos (például cink-vassal vagy vanádiummal vagy cink-brómmal). A lítiumos kutatás-fejlesztés témája a lítium-kén megoldás; olyan, amiben a folyékony elektrolitot polimerre cserélik. És ott vannak még a fémet és levegőt egyszerre hasznosító megoldások is.

Sziszifosz visszalép

És akkor még csak az akkumulátorokról beszélünk, pedig az energiát nemcsak kémiával lehet tárolni, hanem mondjuk mechanikusan is. Például egyre jobban terjed az a megoldás, amikor – kisebb kereslet idején a megtermelt felesleges árammal – vizet pumpálnak egy magasabb pontra (ún. PHS), például hegyre rakott tározóba, aztán amikor szükség van az energiára, leengedik. Ez a logika melegítésre épülő pumpával (PHES) és sűrített levegővel is (CAES) működhet.

Izgalmas megoldás az úgynevezett Liquid Air Energy Storage (LEAS), ahol folyékonnyá hűtött levegőt tárolnak, aztán melegítve turbinát hajtanak meg vele. A képzeletet próbálgatja a lendkerekes (a fékezéssel energiát termelő vonatokból lehet ismerős) megoldás: az elektromos energiát mozgási (forgási) energiává konvertálják egy motorral, ami felgyorsítja a lendkereket. Aztán egy generátorhoz kapcsolják, így nyerik ki belőle az energiát, ha szükség van rá.

Szuper

Nem ez az egyetlen, képzelet határait feszegető lehetséges megoldás: a SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage) úgy működik, hogy egy szupravezetőben egyenáram által létrehozott mágneses mezőben tárolják az energiát. A tekercs feltöltése után szupravezetőben a mágneses energia korlátlan ideig tárolható. Persze, még ez sem a mindenre tökéletes megoldás, ha annak is hangzik: a technológia még gyerekcipőben jár, drága és arányaiban kevés energiát képes tárolni.

Hasonló megoldás a szuperkondenzátoroké: a megszokott kondenzátoroknál nagyságrendekkel több energia tárolására képesek, megoldást jelenthetnek például az elektromos autók töltési sebességének felgyorsításában, de ez a technológia is az első lépéseknél tart még.

Give gas

A kémikusoknak is nagy szerep jut az energiatárolási probléma megoldásában, az elektrokémiai (fent már részletezett) megoldásokon túl is. Az egyik irány a Power to Gas (H2): villamosenergiából (több lépésben) gázt állítanak elő (alapvetően hidrogént). Ez a megoldás nagyon jó kiegészítője lehet kifejezetten a megújuló energiával dolgozó energiaparkoknak, például szélturbináknak vagy napelemeknek: a felesleges energiát a megtermelés után jóval később is felhasználhatják így. Nemcsak a hagyományos földgázra gondolhatunk itt, egyre jobban terjed az úgynevezett LNG megoldás is, ahol cseppfolyósított változatban, például hajókon szállítják akár más kontinensekre is az energiát. A kémiai megoldások közé tartozik az is, amikor gázolaj elektrolízisével ammónialapon tárolnak energiát. Illetve amikor nem(csak) hidrogént állítanak elő az üzemekben, hanem metánt is; vagy metanolt és földgázt.

The só must go on

Napelemek mellett említve lehetnek ismerősek a sóolvadékos hőtárolók: a napenergiával a sót megolvasztják, az tárolja az energiát, és szükség esetén felhasználják (turbina meghajtásával).

Egy lépést hátralép a STES (Sensible Thermal Energy Storage) megoldások logikája: ezeknél egyszerűen összegyűjtik az éppen felesleges hőt vagy épp hideget, különböző módokon eltárolják, aztán amikor szükség van rá – az ellentétes évszakban – (hőenergiaként) felhasználják.

Szinén hőtárolásra épül az úgynevezett fázisváltós megoldás (Phase Change Material – PCM): itt az energia tárolásához egy anyag fázisváltását is felhasználják (fázisváltás például amikor a vízből gőz lesz, amihez extra energia kell). Ezzel a technológiával egy magyar startup, a HeatVentors is foglalkozik.

Az a felsorolásból is látszik, hogy a jövő energiatárolási technológiája valószínűleg nem egyféle lesz, és amelyik verzió éppen a legadekvátabb adott körülmények között, azt használjuk, továbbá törekszünk arra, hogy ezek egymást kiegészítve álljanak a rendelkezésünkre. Bár a terület dinamikusan fejlődik, a jövő idő még indokolt.

IDDQD energia

A legjobb persze az lenne, ha szinte nem is kellene foglalkozni az energia előállításával, olyan sok lenne belőle, hogy amikor csak szükségünk van rá, használhatnánk. Talán nem nagy leleplezés, hogy ezen a témán lassan évszázadok óta gondolkoznak a tudósok, viszont mára bőven túl vagyunk az első kapavágásokon. Természetesen a fúziós energiáról beszélünk, ami az atomerőművekhez hasonlóan működik, csak az atomok nem bomlanak, hanem egyesülnek benne – kvázi leutánozva ezzel a Nap működését.

Ilyen fúziós kísérleti reaktor ITER néven már épül európai összefogással, és a kínai Tokamak HL-2M első kísérletei is elindultak. Persze, mire ebből tényleg energiatermelés lesz, az még pár évtized, és addig se baj, ha van hova raknunk a megtermelt energiát, és nem mellesleg a megújulók használatával a Földet sem pusztítjuk tovább.