В мире климатических технологий и энергетики сейчас происходит много событий. Продолжается подсчет голосов на выборах в США, определяющих состав Конгресса, а на климатическом саммите ООН делегации продолжают ожесточенные переговоры о целевых показателях и финансовых соглашениях по борьбе с изменениями климата. Мы все еще ждем более четкой информации о том, как эти ключевые моменты повлияют на будущее климатической политики и технологий.
Пока я слежу за развитием событий, предлагаю отвлечься от спекуляций и углубиться в тему, о которой, на мой взгляд, следовало бы говорить гораздо больше: аккумуляторы.
Меня по-настоящему захватывает волна альтернативных химических составов, которая медленно, но верно проникает на растущий рынок систем хранения энергии. Некоторые из этих новых игроков в будущем могут оказаться дешевле (и во многом лучше) стандартных литий-ионных батарей, но они часто сталкиваются с серьезными барьерами на пути внедрения. Сегодня давайте рассмотрим путь одного стартапа, стремящегося накапливать энергию с помощью сверхгорячей соли.
Зачем нам нужны новые батареи
Мир наращивает мощности по выработке возобновляемой энергии, особенно солнечной и ветровой, производство которых зависит от изменчивой погоды. Проще говоря, нам необходимо уметь сохранять эту энергию. (Более подробно о роли систем хранения я рассказывал в одном из прошлых выпусков, ознакомьтесь с ним, если пропустили).
По состоянию на 2020 год, гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) составляли более 90% мировых мощностей по накоплению энергии, согласно данным Международного энергетического агентства (МЭА). Хотя ГАЭС — это дешевый и эффективный способ запасать энергию, он сопряжен с экологическими рисками и серьезными ограничениями на размещение мощностей, поскольку требует наличия крупных водоемов.
На батареи приходится большая часть современных мощностей по хранению энергии, и, вероятно, они составят основу роста этого рынка в ближайшие десятилетия. Сегодня наиболее распространены литий-ионные аккумуляторы, подобные тем, что стоят в ваших смартфонах или электромобилях.
За десятилетия разработок и масштабирования литий-ионные батареи стали дешевле, а производственные мощности резко возросли: новые гигафабрики появляются буквально каждую неделю по всему миру.
Однако существуют определенные несоответствия между сильными сторонами литий-иона и требованиями к батареям для стационарного хранения энергии:
- Цена: Хранение энергии в масштабах энергосетей должно быть предельно дешевым, чтобы обеспечить доступность возобновляемых источников. В прошлом году Министерство энергетики США поставило цель снизить затраты на 90% к 2030 году. Стоимость литий-ионных батарей снижалась, но этот рост может замедляться, особенно на фоне ожидаемого дефицита сырья.
- Размер: Литий-ионные аккумуляторы очень энергоемки на единицу объема. Но в то время как размер критичен для телефонов и автомобилей, он не столь важен для стационарного хранения. Отказ от высокой плотности энергии в пользу стационарных применений может обеспечить снижение стоимости.
- Срок службы: Промышленные объекты часто устанавливают оборудование, которое при должном обслуживании служит десятилетиями. Литий-ионные батареи обычно требуют замены каждые 5–10 лет, что может быть весьма накладно.
Как горячая соль может помочь
Учитывая расхождение между потребностями литий-ионных технологий и нашими будущими требованиями к хранению энергии, кажется, что все вокруг ищут альтернативные методы. За последний год я уже освещал батареи на основе железа и воздуха, пластиковые аккумуляторы и даже стартап, использующий сжатый углекислый газ для накопления энергии.
Теперь на коммерческий путь выходит еще одна технология: аккумуляторы на основе расплавленной соли.
Ambri — это стартап из Бостона, разрабатывающий аккумуляторы с расплавленной солью на основе кальция и сурьмы. Недавно компания объявила о демонстрационном проекте по установке системы хранения энергии для дата-центров Microsoft, а в прошлом году привлекла более 140 миллионов долларов на развитие производственных мощностей.
Компания заявляет, что за весь срок службы ее технология может быть на 30–50% дешевле, чем эквивалентная литий-ионная система. Аккумуляторы с расплавленной солью могут обеспечивать эффективность преобразования выше 80%, что означает, что относительно небольшое количество энергии теряется в виде тепла при зарядке (и последующей разрядке).
Ambri была основана в 2010 году на базе исследований лаборатории Дональда Сэдоуэя в Массачусетском технологическом институте (MIT). Целью было создание недорогого продукта для рынка стационарного хранения, как рассказал основатель и технический директор компании Дэвид Брэдвелл.
Вдохновение пришло из неожиданного источника: производства алюминия. Используя схожие химические реакции, применяемые при выплавке алюминия, команда создала лабораторную установку для хранения энергии с низкой себестоимостью. Однако превращение этой концепции в реальный продукт оказалось далеко не простым.
Химия на основе магния и сурьмы, с которой компания начинала, оказалась сложной в производстве. В 2015 году, после продолжающихся проблем с уплотнениями батарей, Ambri сократила четверть персонала и вернулась к разработке концепции.
В 2017 году компания перешла к новому подходу, используя кальций и сурьму. По словам Брэдвелла, новая химия основана на более дешевых материалах и должна быть проще в производстве. С момента смены курса компания устранила технические неполадки и добилась прогресса в коммерциализации: прошла стороннее тестирование безопасности и подписала первые коммерческие контракты, включая сделку с Microsoft.
Перед стартапом все еще стоят серьезные проблемы. Батареи работают при очень высоких температурах — свыше 500°C (около 900°F), что ограничивает выбор материалов для их создания. Более того, переход от отдельных аккумуляторных ячеек размером с ланч-бокс к громадному оборудованию размером с контейнер может создать трудности в управлении системой и логистике.
Не стоит забывать и о развертывании продукта в реальном мире, что, по словам Брэдвелла, означает «взаимодействие с тем, что случается в реальном мире». Молнии или даже грызуны могут нарушить работу новой аккумуляторной системы.
Однако кое-что за последнее десятилетие все же изменилось: рынок. Инвесторы и даже обычные наблюдатели в прошлом сомневались в том, кому вообще может понадобиться такое хранение энергии. Теперь, похоже, главный вопрос — как быстро эта отрасль сможет вырасти.
Потребуется время, чтобы Ambri и другие новые производители батарей смогли нарастить темпы производства и доказать свою жизнеспособность в качестве доступной альтернативы существующим аккумуляторам. Как говорит Брэдвелл: «Путешествие продолжается».
Следим за климатом
Разногласия по поводу климатических целей довлеют над COP27, климатическим саммитом ООН. Некоторые лидеры стремятся подтвердить необходимость удержать рост температуры в пределах 1,5°C, хотя эта цель, кажется, ускользает от нас. (New York Times)
Делегаты COP27 по-прежнему глубоко погружены в переговоры о финансировании потерь и ущерба от последствий изменения климата. (Bloomberg)
→ Если вы пропустили, ознакомьтесь с прошлой рассылкой, где мы подробнее разобрали, почему это финансирование стало центральным вопросом на переговорах.
США работают над уменьшением влияния Китая на производство климатических технологий. Однако этот шаг может удорожить некоторые технологии и замедлить прогресс в достижении климатических целей. (Grid News)
→ Между тем, США и Китай возобновляют климатические переговоры. (Washington Post)
Республиканцы получили ограниченный успех на промежуточных выборах в США, что ослабило опасения сторонников возобновляемой энергетики о возможном демонтаже недавних климатических мер Конгресса. (Inside Climate News)
Электрическая революция имеет два колеса. Около 40% проданных в прошлом году мотоциклов и других легких транспортных средств были электрическими — это гораздо большая доля, чем у крупногабаритных легковых автомобилей. (Protocol)
Мы начинаем лучше понимать климатическое воздействие ИИ. Исследователи разработали новый подход для оценки выбросов от больших языковых моделей, которые требуют огромного количества энергии для обучения и работы. (MIT Technology Review)
Органические солнечные элементы становятся лучше. Эта технология может открыть новые области применения для солнечной энергетики, поскольку органические ячейки легкие и гибкие. Тем не менее, им придется стать более долговечными и простыми в производстве, чтобы завоевать рынок. (Science)
Появляются электрические грузовики, требующие от энергосетей совершенно новых возможностей. К 2035 году одна крупная остановка для подзарядки грузовиков может потреблять столько же энергии, сколько небольшой город. (Bloomberg)
→ Сети, возможно, смогут справиться с парками большегрузных развозных машин на короткие дистанции, но магистральные перевозки представляют собой более серьезную проблему. (MIT Technology Review)
