Хранение энергии, если задуматься, звучит почти как магия. Серьезно, миниатюрные химические фабрики, которые мы постоянно носим с собой, накапливают энергию и высвобождают ее по требованию, снова и снова? Это поражает воображение.
За время моей работы в сфере климата, и даже до этого, будучи инженером, у меня развилась настоящая одержимость аккумуляторами. И дело не только в том, что сама концепция сбивает с толку: батареи призваны сыграть ключевую роль в переходе на возобновляемые источники энергии, как в электромобилях (EV), так и в общесетевом хранении.
Поэтому, когда наступил Новый год и мы в MIT Technology Review начали работу над серией материалов под названием «Что дальше в технологиях», я точно знал, о чем хочу написать. Результат моего обзора технологий аккумуляторов вышел сегодня утром. А на этой неделе в рассылке давайте погрузимся глубже в роль батарей в борьбе с изменением климата, рассмотрим, почему они так перспективны, и куда движется эта технология.
Энергетическая головоломка
Накопленная энергия абсолютно необходима для нашего образа жизни. Возможность включить свет, приготовить ужин или поехать на работу зависит от энергии, которую мы можем высвободить в нужный момент. Сегодня подавляющее большинство этого хранения осуществляется в виде ископаемого топлива. Уголь, природный газ, нефть — все это формы ископаемого топлива, содержащие энергию в своих химических связях, остатки растений и животных, живших миллионы лет назад. При необходимости это топливо сжигается на электростанциях или в транспортных средствах, преобразуя эту энергию в пригодную для нас форму.
Но теперь мы стремимся прекратить сжигание ископаемого топлива. У нас есть отличные кандидаты на роль новых источников энергии, особенно солнечная и ветровая. Однако эти источники «прерывисты» — длинное слово, означающее, что солнце не всегда светит, а ветер дует не постоянно.
Таким образом, нам нужен способ накапливать электричество, вырабатываемое ветряными турбинами и солнечными панелями, и, как оказывается, это сложнее, чем кажется.
Краткое отступление: существуют и другие способы, по крайней мере, частично решить проблему прерывистости. Добавление базовых (базовой нагрузки) и управляемых источников энергии, таких как атомная, геотермальная и гидроэнергетика, может в некоторой степени сбалансировать прерывистость. Лучшие и более протяженные линии электропередач для распределения электричества также могут помочь.
Но вернемся к хранению энергии.
Существует множество способов хранения энергии, о некоторых я уже рассказывал. Возьмем физическое хранение. Самый знакомый пример — гидроаккумулирующие станции (ГАЭС), где вода откачивается из одного озера в другое по склону или удерживается плотиной. На ГАЭС приходится около 90% мирового объема хранения энергии сегодня.
Для хранения энергии также можно использовать сжатый газ. Другой подход связан с хранением тепла, а так называемые тепловые батареи могут сыграть ключевую роль, особенно в промышленных условиях.
Но, в конечном счете, химия — это элегантный способ хранения энергии, и его можно воспроизвести практически где угодно. Что подводит нас к аккумуляторам.
Периодическая таблица возможностей
Когда дело доходит до аккумуляторов, мир в значительной степени сошелся на одном элементе: литии. Литий-ионные батареи используются повсеместно: от телефонов и ноутбуков до электромобилей и даже массивных установок для центров обработки данных или электросетей.
И это оправданно. Эти батареи могут запасать много энергии в относительно небольшом объеме, они достаточно быстро заряжаются и разряжаются, и их стоимость снижается.
Однако доминирование литий-ионных аккумуляторов отчасти связано с их статусом доминирующей технологии. Мы умеем делать литий-ионные батареи очень хорошо, потому что их начали разрабатывать для персональных электронных устройств десятилетия назад. Теперь они интегрируются в новые области применения, такие как электромобили и даже сетевое хранение.
Но существует вся таблица Менделеева, и есть технологии, которые могут действительно перевернуть ситуацию — и, возможно, лучше подходят для новых отраслей, которые мы создаем для борьбы с климатическим кризисом.
- Электромобили работают сносно, но что, если их батареи могли бы проезжать намного дальше на одном заряде? Твердотельные литий-металлические аккумуляторы могут это обеспечить.
- Электромобили сегодня достаточно дороги, что, если бы они стали намного дешевле? Натрий-ионные аккумуляторы могут стать ответом.
- Что, если бы размер и вес вообще не имели значения, а мне просто нужно было бы хранить солнечную энергию в течение дней или недель с минимальными затратами? Например, для сетевого хранения. Железные аккумуляторы могли бы решить эту задачу.
Создание новых типов аккумуляторов — сложная задача, и многие стартапы с такими мечтами потерпели неудачу. Но мне очень интересно наблюдать за всеми этими новыми подходами к, казалось бы, простой задаче. Чем глубже смотришь, тем сложнее и интереснее мир технологий.
Обязательно ознакомьтесь с моим полным материалом, где я расскажу подробнее о некоторых упомянутых технологиях и выскажу прогнозы на 2023 год. И дайте мне знать, что, по вашему мнению, я упустил!
Еще кое-что
На случай, если вы пропустили это на праздниках, мой коллега Джеймс Темпл опубликовал материал о стартапе, который, по его словам, начал выпускать в атмосферу небольшое количество микрочастиц — практику, которую можно использовать для корректировки климата.
Возможность отражать солнечный свет обратно в космос таким образом, называемая солнечной геоинженерией, вызывает споры. Некоторые эксперты считают, что эта технология может спасти жизни, снижая температуру, пока мы работаем над решением климатических проблем, но побочные эффекты могут быть труднообнаружимыми и, на данный момент, непредсказуемыми.
Вокруг солнечной геоинженерии идет множество дебатов, и некоторые утверждают, что к этой концепции вообще не стоит приближаться. Но до недавнего времени даже сторонники исследований в этой области сходились во мнении о необходимости осторожного экспериментирования и вовлечения общественности. И тут появился стартап, который решил просто поэкспериментировать с этой практикой, монетизируя ее, продавая «кредиты на охлаждение».
Эксперименты компании крошечные: они выпускают всего несколько граммов серы с помощью метеорологических зондов. Отчасти из-за их малого масштаба они, вероятно, не являются незаконными, как писал Тед Парсон в Legal Planet в ответ на статью.
Но запуски, которые, по признанию основателя компании, отчасти призваны «взбудоражить общественность», показывают, как легко компании, государства или отдельные лица могут заняться геоинженерией, несмотря на отсутствие понимания ее последствий. В этой сфере на данный момент практически нет регулирования.
Больше информации об усилиях этого стартапа вы найдете в материале Джеймса. Он также недавно писал об усилиях правительства США по разработке плана исследований геоинженерии.
Следим за климатом
В драматическом начале 2023 года, зимняя волна тепла побила январские рекорды по всей Европе. (Washington Post)
Исследователи экспериментируют с установкой солнечных панелей над посевами и пастбищами. Панели могут генерировать электричество, одновременно сохраняя прохладными растения и скот. (MIT Technology Review)
Производитель железо-воздушных аккумуляторов Form Energy строит завод в Уиртоне, Западная Вирджиния. Общий объем инвестиций в площадку составляет $760 миллионов. (Canary Media)
→ Железосодержащие аккумуляторы могут помочь стабилизировать электросеть. (MIT Technology Review)
Одна диаграмма показывает, как Китай доминирует в цепочке поставок солнечной энергии — от сырья до производства солнечных модулей. (Canary Media)
Кризис биоразнообразия связан с изменением климата. Но это также отдельная проблема, которая во многом отошла на второй план. Дэвид Уоллес-Уэллс объясняет, почему это проблема. (New York Times)
Сезон лесных пожаров в Калифорнии в 2022 году был относительно мягким. Хотя количество начавшихся пожаров было сопоставимо с предыдущими годами, выгорело значительно меньше территории, частично благодаря благоприятной погоде. (The Guardian)
→ Что сложные модели пожаров могут рассказать нам о будущем лесов Калифорнии. (MIT Technology Review)
Производство алюминия может генерировать вредные парниковые газы, называемые ПФУ (перфторуглероды), и объекты в Китае производят их намного больше, чем где-либо еще в мире. Есть простое решение: автоматизация. (Grid News)
Прошлый год стал прорывным для производства аккумуляторов в США. В 2022 году компании совместно объявили о планах по производству и переработке аккумуляторов и электромобилей на сумму более 73 миллиардов долларов. (NPR)
